JP2020129092A - 光学素子、光学系、および、光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】作製が容易であって、透過率の異なる領域に対して高い反射防止性能を有する光学素子を提供する。【解決手段】透過率が第１の方向に変化する領域を有する光学素子００１であって、第１の方向と直交する第２の方向に沿って、吸収層３と、複数の薄膜２１、２２からなる第１の反射防止層２とを有し、吸収層の第２の方向における厚さは、第１の方向に変化し、複数の薄膜のうち少なくとも二つの薄膜の厚さは、吸収層の厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有する。【選択図】図３

Description

本発明は、光学素子に関する。

撮像装置内の光学素子（光学フィルタ）として、透過率を制限するＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタが用いられる場合がある。特に、画像の明るさを制御するため、または、焦点外れ像（ボケ像）の輪郭の先鋭度のばらつき（それによる画像の品位の低下）を改善するためには、領域ごとに透過率が異なるグラデーション型のＮＤフィルタが用いられる。

特許文献１には、領域ごとに積層膜の膜厚を適切に設定することにより、透過率および反射率を制御するグラデーション型のＮＤフィルタが開示されている。

特開２００７−１７８８２２号公報

しかしながら、特許文献１のＮＤフィルタでは、ゴーストやフレアを低減した高品位な画像を得るには、反射率の低減が不十分である。

また、不要光を吸収するタイプのＮＤフィルタの場合、その反射率は表面側から入射する場合と基板側から入射する場合とで反射率が一致しない場合がある。しかし、特許文献１には、基板側からの入射光に対する反射率について開示されていない。

そこで本発明は、作製が容易であって、透過率の異なる領域に対して高い反射防止性能を有する光学素子、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、透過率が第１の方向に変化する領域を有する光学素子であって、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って、吸収層と、複数の薄膜からなる第１の反射防止層とを有し、前記吸収層の前記第２の方向における厚さは、前記第１の方向に変化し、前記複数の薄膜のうち少なくとも二つの薄膜の厚さは、前記吸収層の前記厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有する。

本発明の他の側面としての光学素子は、透過率が第１の方向に変化する領域を有する光学素子であって、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って、順に、第１の反射防止層と、吸収層と、第２の反射防止層とを有し、前記吸収層の前記第２の方向における厚さは、前記第１の方向に変化し、前記第１の反射防止層および前記第２の反射防止層のそれぞれの厚さは、前記吸収層の前記厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有する。

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、前記複数の光学素子は前記光学素子を含む。

本発明の他の側面としての光学機器は、撮像素子と前記光学素子とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、作製が容易であって、透過率の異なる領域に対して高い反射防止性能を有する光学素子、光学系、および、光学機器を提供することができる。

本実施形態（実施例１乃至５）における光学素子の説明図である。 本実施形態における消衰係数κ＝０．３０の吸収層の透過率と光学膜厚との関係図である。 実施例１における光学素子の概略断面図である。 実施例１および比較例における光学素子の各材料の屈折率である。 実施例１、比較例、および、実施例２における光学素子の吸収材料の屈折率および消衰係数である。 実施例１における光学素子の分光透過率および分光反射率である。 比較例における光学素子の分光透過率および分光反射率である。 実施例２における光学素子の各材料の屈折率である。 実施例２における光学素子の分光透過率および分光反射率である。 実施例３における光学素子の各材料の屈折率である。 実施例３における光学素子の吸収材料の屈折率および消衰係数である。 実施例３における光学素子の分光透過率および分光反射率である。 実施例４における光学素子の各材料の屈折率である。 実施例４における光学素子の吸収材料の屈折率および消衰係数である。 実施例４における光学素子の分光透過率および分光反射率である。 実施例５における光学素子の各材料の屈折率である。 実施例５における光学素子の吸収材料の屈折率および消衰係数である。 実施例５における光学素子の分光透過率および分光反射率である。 本実施形態における透過率分布の例である。 実施例６における撮像装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本実施形態における光学素子００１の概略構成について説明する。図１は光学素子００１の説明図であり、図１（ａ）は光学素子００１の断面図、図１（ｂ）は光学素子００１の透過率分布をそれぞれ示す。図１（ｂ）において、横軸は面内方向における位置、縦軸は透過率Ｔをそれぞれ示す。

図１（ａ）に示されるように、光学素子００１は、透明材料（第１の透光部材）１、光学フィルタ１００、および、透明材料（第２の透光部材）５を有する。光学フィルタ１００は、透明材料１側（図１（ａ）中の下側）から順に、反射防止層（第１の反射防止層）２、吸収層３、および、反射防止層（第２の反射防止層）４を有する。すなわち光学素子００１は、透明材料１、透明材料１の上に配置された反射防止層２、反射防止層２の上に配置された吸収層３、および、吸収層３の上に配置された反射防止層４を有する。反射防止層４の上には、透明材料５が配置されている。なお本実施形態において、光学フィルタ１００は、反射防止層２、４のいずれか一方を有しない構成でもよい。また本実施形態において、反射防止層２、４はそれぞれ１層以上からなる薄膜で構成されている。なお、反射防止層２、４はそれぞれ、屈折率の調整、反射防止波長帯域の拡大、入射角度依存性の低減、または、偏光依存性などの低減を図るため、その層数を増やしても構わない。吸収層３は、１層以上の光吸収特性を有する材料で構成されている。透明材料１は、屈折率が１．３以上の基板（透光基板）である。透明材料５は、空気、接着剤、または、基板であるが、これに限定されるものではなく、他の部材であってもよい。

図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、光学フィルタ１００は、透過率が面内方向（図１（ａ）の左右方向（第１の方向））に連続的に変化する。すなわち光学素子００１は、透過率が変化する領域Ｇを有する。領域Ｇにおいて、光学フィルタ１００の吸収層３の厚さＬＴ（図１（ａ）の上下方向（第２の方向）における厚さ）は、左から右の方向に向かって、連続的に増加する。吸収層３は、透過率が一定である領域Ｆには形成されていない。一方、反射防止膜２の膜厚ＬＲ_１および反射防止膜４の膜厚ＬＲ_２は、領域Ｇにおいて、左から右の方向に向かって連続的に減少する領域を有する。すなわち、吸収層３の厚さＬＴの増加方向において、反射防止膜２の膜厚ＬＲ_１および反射防止膜４の膜厚ＬＲ_２は減少する領域を有する。このとき、膜厚ＬＲ_１、ＬＲ_２が減少する領域は、領域Ｇの全域または領域Ｇの一部のいずれでもよい。透過率が一定である領域Ｆにおいて、反射防止膜２の膜厚ＬＲ_１および反射防止膜４の膜厚ＬＲ_２は、略均一（均一または実質的に均一）である。ここで、略均一な厚さとは、積層材料の粒径や積層された層の密度に依存する微小な凹凸による厚さの変化を含む。

本実施形態において、光学フィルタ１００は、吸収層３の膜厚により透過率が変化する構成となっており、吸収層３の膜厚が連続的に変化することによりグラデーション型のＮＤフィルタを実現している。図１（ｂ）に示されるように、光学フィルタ１００は、吸収層３が厚くなるほど、透過率Ｔが低くなる。図１（ａ）に示されるように吸収層３の膜厚を変化させてグラデーション型のＮＤフィルタを得る場合、反射率は、吸収層３の膜厚の変化に応じて変化する。このため、ＮＤフィルタの面内方向（図１（ａ）の左右方向）における全領域で反射率を低減することは困難である。一方、本実施形態の光学フィルタ１００では、吸収層３の膜厚の増加方向に対し、反射防止層２、４の少なくとも一方の膜厚を減少させることで、反射防止性能の低下を抑制することができる。

本実施形態において、吸収層３の膜厚の増加方向に対して膜厚を減少させる層は、反射防止層２または反射防止層４を構成する薄膜のうち少なくとも１層でもよいが、全ての層であることがより好ましい。また、反射防止層２、４を構成する薄膜の膜厚が減少する領域は、吸収層３の膜厚が増加する領域（図１（ａ）における領域Ｇ）における一部の範囲のみ、または全領域のいずれでもよい。

吸収層３の光学膜厚の増加方向に、反射防止層２、４の膜厚を減少させることは、製造の簡便さにおいても好ましい。吸収層３の光学膜厚の増加に合わせて、最適な反射防止膜２、４を形成する場合、成膜時に複雑な形状の遮蔽マスクなどを利用する必要があり、作製が困難である。単純に膜厚を減少させるだけであれば、レンズ形状の工夫や、蒸着装置内の基板位置などの調整により、簡易に実施することができる。

本実施形態の光学フィルタ１００において、反射防止膜２の最大光学膜厚（膜厚ＬＲ_１の最大値）をＤｃ_１、反射防止膜４の最大光学膜厚（膜厚ＬＲ_２の最大値）をＤｃ_２とする。ここで最大光学膜厚Ｄｃ_１、Ｄｃ_２は、図１（ａ）に示される領域Ｆにおける膜厚に相当する。また、吸収層３の光学膜厚ｄが以下の条件式（１）の範囲内の位置ｘにおける、反射防止層２の総光学膜厚をＤｘ_１、反射防止層４の総光学膜厚をＤｘ_２とするとき、以下の条件式（２）、（３）を満たすことが好ましい。

λ／８≦ｄ≦３λ／８（λ＝５５０ｎｍ） … （１）
０．８５≦Ｄｘ_１／Ｄｃ_１≦０．９９８ … （２）
０．８５≦Ｄｘ_２／Ｄｃ_２≦０．９９８ … （３）
本実施形態の光学フィルタ１００は、吸収層３の光学膜厚が増加したことによる干渉波のずれを、反射防止層２、４の膜厚を減少させて調整することで、反射率の増大を抑制している。一般的に、薄膜に波長λの光が垂直入射したときの反射波は、薄膜の光学膜厚がλ／４×２ｎ（ｎ：整数）ごとに打ち消し合い、λ／４×２（ｎ−１）ごとに強めあう。これは、薄膜の光学膜厚がλ／４×２ｎとλ／４×２（ｎ−１）のときとでは、最適な反射防止構成が大きく異なることを意味している。一方、図２は、消衰係数κ＝０．３０の吸収層における、透過率と光学膜厚（×λ）（λ＝５５０ｎｍ）との関係を示している。光学膜厚がλ／２以上になると、透過率が３５％以下となっており、吸収層３の膜厚が厚くなるほど、吸収層３の膜厚変化の影響が小さくなる。本実施形態の光学フィルタは、可視光領域（４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）を使用波長領域とし、中心波長である５５０ｎｍを基準波長とする。以上から、吸収層３の光学膜厚が０のときと、λ／４（λ＝５５０ｎｍ）近傍、すなわち条件式（１）を満たす範囲のときとでは、最適な反射防止膜の構成が異なるため、個々の光学膜厚の調整が重要である。

吸収層３の光学膜厚ｄが条件式（１）を満たす範囲にある場合、条件式（２）、（３）の範囲よりも大きい場合、吸収層３の光学膜厚ｄが０の場合とほぼ同じであるため、反射防止効果が小さい。一方、条件式（２）、（３）の範囲より小さい場合、反射防止層の膜厚が薄くなり過ぎるため、反射防止効果が小さい。

吸収層３がｍ層の多層膜である場合、各層の光学膜厚をｄ_ｍが以下の条件式（１−１）を満たす範囲内の位置ｘにおける膜厚が減少する薄膜層の光学膜厚をｄｘとするとき、条件式（２）、（３）を満たすことが好ましい。

λ／８≦ｄ_ｍ≦３λ／８ …（１−１）
また本実施形態において、反射防止層２、４の膜厚（最大光学膜厚Ｄｃ_１、Ｄｃ_２、総光学膜厚Ｄｘ_１、Ｄｘ_２）は、以下の条件式（４）を満たすことが好ましい。

０．９５≦（Ｄｘ_１／Ｄｃ_１）／（Ｄｘ_２／Ｄｃ_２）≦１．０５ … （４）
これは、反射防止膜２および反射防止膜４の面内におけるそれぞれの膜厚分布が略同一であることを意味している。反射防止層２と反射防止層４とが略同一の成膜条件で成膜できるため、作製が容易となり好ましい。

本実施形態において、光学素子００１の透明材料１は、レンズ形状であることが好ましい。曲率を有するレンズ形状において、蒸着装置で成膜を行う場合、中心を厚く、周辺を薄くすることは、比較的容易である。透明材料１がレンズ形状であり、光線有効半径をＬとする。このとき透明材料１の光軸中心から周辺に向かって、０．２Ｌから０．９Ｌまでの領域において、吸収層３の光学膜厚ｄは増加し、反射防止膜２の光学膜厚ＬＲ_１および反射防止膜４の光学膜厚ＬＲ_２の少なくとも一つは第１の方向に沿って減少することが好ましい。

光学フィルタ１００において、吸収層３の消衰係数κ（吸収層３の膜厚が最大の位置における消衰係数）は、以下の条件式（５）を満たすことが好ましい。

０．０５≦κ≦０．５ … （５）
条件式（５）の範囲を超えると、光学フィルタ１００に適切な反射防止層を実現することが難しい。

また本実施形態において、光学フィルタ１００の吸収層３は、１層以上で構成されることが好ましい。また吸収層３は、光学膜厚が０ｎｍである領域を有する、すなわち吸収層３は、中心部には形成されていないことが好ましい。

光学フィルタ１００を作製する際に、透明材料１、５は、可視領域において透明な材料であればよい。このとき、透明材料１、５のいずれか一方は、ガラスおよびプラスチックなどの透明材料である。他方は、空気や、接合レンズを形成する場合に使用する接着剤であってもよい。透明材料が接着剤である場合、エポキシ系、ポリエンポリチオール系、アクリル系の部材であることが好ましい。特に、ＵＶ硬化型であるポリエンポリチオール系の接着剤は、段階反応であることや、加工タクトが短いことから、より好ましい。

膜厚分布を有する吸収層３を形成する方法としては、蒸着やスパッタリングがある。蒸着やスパッタリングの際に任意の形状のマスクを用いることで、任意の透過率分布を有する吸収層３を形成することができる。その他、めっき法やスピンコート等のウェットプロセス法を用いてもよい。吸収層３の材料は、消衰係数κの条件を満たせばよく、例えば、酸素欠損型のＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５が挙げられる。また、ＮＤフィルタの分光透過率の波長平坦性を得るため、使用波長帯域における消衰係数κの波長分散が正負異なる材料を組み合わせてもよい。

反射防止層２、４を形成する方法としては、蒸着やスパッタリングがある。膜厚分布の付与方法は、前述のように、任意の形状の遮蔽マスクや基材の設置位置を工夫することで、所望の膜厚分布を有する反射防止層を形成することができる。また、曲率を有するレンズにおいて、中心を厚く周辺を薄くすることは、比較的容易である。例えば、成膜時の設置個所の工夫などで、膜厚分布を制御することができる。

グラデーション型のＮＤフィルタの透過率分布については、様々な形状を用いることができる。図１９は、透過率分布の例である。例えば、図１９（ａ）、（ｂ）に示されるように、同心円方向に透過率分布を形成することができる。または、図１９（ｃ）、（ｄ）に示されるように、一方向に透過率が変化するような構成であってもよい。前記以外にも用途に応じて様々な透過率分布形状があるが、本実施形態の構成は任意の透過率分布形状に対して適用することができる。

このように本実施形態において、光学素子００１は、透過率が第１の方向（図１（ａ）の左右方向）に変化する領域Ｇを有し、第１の方向と直交する第２の方向（図１（ａ）の上下方向）に沿って、吸収層３および第１の反射防止層（反射防止層２）を有する。第１の反射防止層２は、複数の薄膜２１、２２からなる（図３参照）。吸収層の第２の方向における厚さは、第１の方向に変化する。複数の薄膜のうち少なくとも二つの薄膜の厚さは、吸収層の厚さの増加方向（図１（ａ）の右方向）と反対の方向（図１（ａ）の左方向）に増加する範囲を少なくとも一部有する。

好ましくは、複数の薄膜の全ての薄膜の厚さは、吸収層の厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有する。また好ましくは、光学素子は、第２の方向に沿って、吸収層に対して第１の反射防止層とは反対側（図１（ａ）において吸収層の上側）に第２の反射防止層（反射防止層４）を有する。

または、本実施形態において、光学素子は、第１の方向と直交する第２の方向に沿って、順に、第１の反射防止層と、吸収層と、第２の反射防止層とを有する。吸収層の第２の方向における厚さは、第１の方向に変化する。第１の反射防止層および第２の反射防止層のそれぞれの厚さは、吸収層の厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有する。

以下、具体的な実施例について説明する。ただし本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

まず、本発明の実施例１について説明する。図３は、本実施例における光学フィルタ１００を含む光学素子００１の概略断面図である。光学フィルタ１００を含む光学素子００１は、光学面内において光軸中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタを透明材料１上に形成した構成を有する。

表１は、本実施例における光学フィルタ１００を含む光学素子００１の膜構成であり、吸収層３を構成する薄膜３１の膜厚が、０、λ／８、３λ／８、λ、４λのときの各薄膜の膜厚、および、Ｄ_ｘ／Ｄ_ｃ（％）を示す。ここで、Ｄ_ｃは吸収層３の光学膜厚が０のときの各薄膜の膜厚を意味し、Ｄ_ｘは吸収層３の光学膜厚がλ／８、３λ／８、λ、４λのときの各薄膜の物理膜厚を意味する。

透明材料１は、硝材Ｓ１を使用し、透明材料５は空気である。硝材Ｓ１は、実質的に吸収のない材料である。反射防止層２は薄膜２１、２２から構成され、反射防止層４は薄膜４１、４２、４３、４４から構成されている。薄膜２１、４１、４３の膜材料はＨ１、薄膜２２、４２の膜材料はＭ１、薄膜４４の膜材料はＬ１である。膜材料Ｍ１、Ｈ１、Ｌ１は、実質的に吸収のない材料である。図４は、硝材Ｓ１、および、膜材料Ｍ１、Ｈ１、Ｌ１の屈折率を示している。吸収層３は、薄膜３１で構成されており、薄膜３１は吸収材料Ａ１である。図５は、吸収材料Ａ１の屈折率および消衰係数を示している。表１に示されるように、光学フィルタ１００の吸収層３の膜厚が増加すると、反射防止層２、４を構成する薄膜２１、２２、４１、４２、４３、４４の光学膜厚が減少する。

一方、表２は、比較例としての光学フィルタを含む光学素子の膜構成である。本比較例の光学素子は、本実施例と同様に、光学面内において光軸中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタを透明材料１上に形成して構成され、本実施例の光学素子００１と同様の膜材料および膜構成を有する。表２に示されるように、本比較例の光学フィルタは、吸収層３の膜厚が増加しても、反射防止層を構成する薄膜２１、２２、４１、４２、４３、４４の光学膜厚は変化しない。

図６は、本実施例における光学フィルタ１００の分光透過率および分光反射率である。図７は、比較例としての光学フィルタの分光透過率および分光反射率である。図６および図７において、Ｒ＿Ａｉｒは空気側から光が入射した場合の分光反射率、Ｒ＿Ｓ１は透明材料Ｓ１側から光が入射した場合の分光反射率をそれぞれ示す。

薄膜３１の膜厚ｄが０の場合、可視領域（４２０ｎｍから６８０ｎｍの波長の光）における分光反射率の最大値は、本実施例および本比較例ともに、１．０３％である。このため、薄膜３１の膜厚ｄが０のとき、略同程度の反射防止特性を有しているといえる。一方、薄膜３１の膜厚ｄがλ／８の場合、可視領域（４２０ｎｍから６８０ｎｍの波長の光）における空気側から入射した場合の分光反射率の最大値は、本実施例の場合には０．９６％、および、本比較例の場合には１．０３％である。また、透明材料Ｓ１側から光が入射した場合の分光反射率の最大値は、本実施例の場合には２．２％、および、本比較例の場合には２．３％である。よって、薄膜３１の膜厚ｄがλ／８のときの反射防止効果は、本実施例の方が優位であることが確認できる。

また、薄膜３１の膜厚ｄが３λ／８の場合、本実施例および本比較例ともに、空気側から入射した場合の分光反射率の方が大きい。可視領域（４２０ｎｍから６８０ｎｍの波長の光）における光が空気側から入射した場合の分光反射率の最大値は、本実施例の場合には１．６％、および、本比較例の場合には１．９％である。よって、薄膜３１の膜厚ｄが３λ／８の場合の反射防止効果は、本実施例の方が優位であることが確認できる。

以上より、本実施例は本比較例よりも、薄膜３１の膜厚ｄがλ／８および３λ／８の場合に、反射防止効果が優位であるといえる。図６から、薄膜３１の膜厚ｄが０、λ／８、３λ／８、λ、４λのときの分光反射率は低く、本実施例の光学フィルタ１００が優れた反射防止効果を有するといえる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例の光学フィルタ１００は、実施例１と同様に、光学面内において光軸中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタである。光学フィルタ１００は、透明材料１の上に形成されている。表３は、本実施例における光学フィルタ１００を含む光学素子００１の膜構成であり、吸収層３を構成する薄膜３１の膜厚が、０、λ／８、３λ／８、λ、４λのときの各薄膜の膜厚、および、Ｄ_ｘ／Ｄ_ｃ（％）を示す。ここで、Ｄ_ｃは吸収層３の光学膜厚が０のときの各薄膜の膜厚を意味し、Ｄ_ｘは吸収層３の光学膜厚がλ／８、３λ／８、λ、４λのときの各薄膜の物理膜厚を意味する。

本実施例において、透明材料１は硝材Ｓ１、透明材料５は接着剤Ｓ５である。硝材Ｓ１および接着剤Ｓ５は、実質的に吸収のない材料である。反射防止層２は薄膜２１、２２、２３から構成され、反射防止層４は薄膜４１、４２、４３から構成されている。薄膜２１、２３、４１、４３の膜材料はＨ１、薄膜２２、４２の膜材料はＭ１である。膜材料Ｍ１、Ｈ１は、実質的に吸収のない材料である。図８は、硝材Ｓ１、接着剤Ｓ５、および、膜材料Ｍ１、Ｈ１の屈折率を示している。吸収層３は、薄膜３１で構成されており、薄膜３１は吸収材料Ａ１である。図５は、吸収材料Ａ１の屈折率および消衰係数を示している。表３に示されるように、光学フィルタ１００の吸収層３の膜厚が増加すると、反射防止層２、４を構成する薄膜２１、２２、２３、４１、４２、４３の光学膜厚が減少する。

図９は、本実施例における光学フィルタ１００の分光透過率および分光反射率である。図９において、Ｒ＿Ｓ５は透明材料Ｓ５側から光が入射した場合の分光反射率、Ｒ＿Ｓ１は透明材料Ｓ１側から光が入射した場合の分光反射率をそれぞれ示す。図９から、薄膜３１の膜厚ｄが０、λ／８、３λ／８、λ、４λのときの分光反射率は低く、本実施例の光学フィルタ１００が優れた反射防止効果を有するといえる。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例の光学フィルタ１００は、実施例１と同様に、光学面内において光軸中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタである。光学素子フィルタは、透明材料１の上に形成されている。透明材料５は、空気である。表４は、本実施例における光学フィルタ１００を含む光学素子００１の膜構成であり、吸収層３を構成する薄膜３１の膜厚が、０、λ／８、３λ／８、λ、４λのときの各薄膜の膜厚、および、Ｄ_ｘ／Ｄ_ｃ（％）を示す。

透明材料１は、硝材Ｓ２を使用している。硝材Ｓ２は、実質的に吸収のない材料である。反射防止層２は薄膜２１、２２、２３から構成され、反射防止層４は薄膜４１、４２、４３、４４から構成されている。薄膜２１、２３、４１、４３の膜材料はＨ２、薄膜２２、４２の膜材料はＭ２、薄膜４１の膜材料はＬ１である。膜材料Ｍ２、Ｈ２、Ｌ１は、実質的に吸収のない材料である。図１０は、硝材Ｓ２、および、膜材料Ｍ２、Ｈ２、Ｌ１の屈折率を示している。吸収層３は、薄膜３１で構成されており、薄膜３１は吸収材料Ａ２である。図１１は、吸収材料Ａ２の屈折率および消衰係数を示している。表４に示されるように、光学フィルタ１００の吸収層３の膜厚が増加すると、反射防止層２、４を構成する薄膜２３、４１の光学膜厚が減少する。

図１２は、本実施例における光学フィルタ１００の分光透過率および分光反射率である。図１２において、Ｒ＿Ａｉｒは空気側から光が入射した場合の分光反射率、Ｒ＿Ｓ２は透明材料Ｓ２側から光が入射した場合の分光反射率をそれぞれ示す。図１２から、薄膜３１の膜厚ｄが０、λ／８、３λ／８、λ、４λのときの分光反射率は低く、本実施例の光学フィルタ１００が優れた反射防止効果を有するといえる。

次に、本発明の実施例４について説明する。本実施例の光学フィルタ１００は、実施例１と同様に、光学面内において光軸中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタである。光学フィルタ１００は、透明材料１と透明材料５とで挟まれている。表５は、本実施例における光学フィルタ１００を含む光学素子００１の膜構成であり、吸収層３を構成する薄膜３１の膜厚が、０、λ／８、３λ／８、λ、４λのときの各薄膜の膜厚、および、Ｄ_ｘ／Ｄ_ｃ（％）を示す。

透明材料１は、硝材Ｓ３を使用し、透明材料５は接着剤Ｓ５である。硝材Ｓ３、接着剤Ｓ５は、実質的に吸収のない材料である。反射防止層２は薄膜２１、２２、２３、２４から構成され、反射防止層４は薄膜４１、４２から構成されている。薄膜２１、２３、４１の膜材料はＨ３であり、薄膜２２、２４、４２の膜材料はＭ３である。膜材料Ｈ３、Ｍ３は、実質的に吸収のない材料である。図１３は、硝材Ｓ３、接着剤Ｓ５、および、膜材料Ｈ３、Ｍ３の屈折率を示している。吸収層３は、薄膜３１、３２の２層で構成されており、薄膜３１は吸収材料Ａ３、薄膜３２は吸収材料Ａ４である。図１４は、吸収材料Ａ３、Ａ４の屈折率および消衰係数を示している。表５に示されるように、光学フィルタ１００の吸収層３の膜厚が増加すると、反射防止層２、４を構成する薄膜２１、２２、２３、２４、４１、４２の光学膜厚が減少する。

図１５は、本実施例における光学フィルタ１００の分光透過率および分光反射率である。図１５において、Ｒ＿Ｓ５は空気側から光が入射した場合の分光反射率、Ｒ＿Ｓ３は透明材料Ｓ３側から光が入射した場合の分光反射率をそれぞれ示す。図１５から、薄膜３１の膜厚ｄが０、λ／８、３λ／８、λ、４λのときの分光反射率は低く、本実施例の光学フィルタ１００が優れた反射防止効果を有するといえる。

次に、本発明の実施例５について説明する。本実施例の光学フィルタ１００は、実施例１と同様に、光学面内において光軸中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のＮＤフィルタである。光学フィルタ１００は、透明材料１の上に形成されている。透明材料５は、空気である。表６は、本実施例における光学フィルタ１００を含む光学素子００１の膜構成であり、吸収層３を構成する薄膜３１の膜厚が、０、λ／８、３λ／８、λ、４λのときの各薄膜の膜厚、および、Ｄ_ｘ／Ｄ_ｃ（％）を示す。

透明材料１は、硝材Ｓ３を使用している。硝材Ｓ３は、実質的に吸収のない材料である。反射防止層２は薄膜２１、２２、２３、２４から構成され、反射防止層４は薄膜４１、４２、４３から構成されている。薄膜２１、２３、４１の膜材料はＭ２、薄膜２２、２４、４２の膜材料はＨ４、薄膜４３の膜材料はＬ１である。膜材料Ｍ２、Ｈ４、Ｌ１は、実質的に吸収のない材料である。図１６は、硝材Ｓ３、および、膜材料Ｍ２、Ｈ４、Ｌ１の屈折率を示している。吸収層３は、薄膜３１、３２の２層で構成されており、薄膜３１は吸収材料Ａ５、薄膜３２は吸収材料Ａ６である。図１７は、吸収材料Ａ５、Ａ６の屈折率および消衰係数を示している。表６に示されるように、光学フィルタ１００の吸収層３の膜厚が増加すると、反射防止層２、４を構成する薄膜２１、２２、２３、２４、４１、４２、４３の光学膜厚が減少する。

図１８は、本実施例における光学フィルタ１００の分光透過率および分光反射率である。図１８において、Ｒ＿Ａｉｒは空気側から光が入射した場合の分光反射率、Ｒ＿Ｓ３は透明材料Ｓ３側から光が入射した場合の分光反射率をそれぞれ示す。図１８から、薄膜３１の膜厚ｄが０、λ／８、３λ／８、λ、４λのときの分光反射率は低く、本実施例の光学フィルタ１００が優れた反射防止効果を有するといえる。

次に、図２０を参照して、本発明の実施例６における撮像装置（光学機器）について説明する。図２０は、本実施例における撮像装置４００の断面図である。撮像装置４００は、撮像装置本体４１０と撮像装置本体４１０に着脱可能なレンズ装置４２０を備えて構成される。ただし本実施例は、これに限定されるものではなく、撮像装置本体とレンズ装置とが一体的に構成された撮像装置にも適用可能である。レンズ装置４２０は、複数の光学素子（レンズ群）４２２および絞り（開口絞り）ＳＰを有し、光学系（撮像光学系）を構成する。撮像装置本体４１０は、ＣＭＯＳセンサなどの撮像素子４１２を有する。撮像素子４１２は、撮像面ＩＰに配置され、光学系を介して形成された被写体像（光学像）を光電変換して画像データを出力する。

被写体像は、光学系を透過して、撮像面ＩＰに結像する。本実施例において、絞りＳＰ、または、絞りＳＰの前後のレンズ面のうち少なくとも１つの面に、実施例１〜５のいずれかの光学素子（グラデーション型ＮＤフィルタ）が設けられる。ただし、本実施例はこれに限定されるものではなく、光学フィルタを光学系の他のレンズ面に設けてもよい。

図２０に示される光学系は、共軸回転対称光学系である。このような光学系では、図１９（ａ）、（ｂ）に示されるような同心円状の透過率分布を有する光学フィルタを用いることが好ましい。また、図１に示されるように、光学フィルタ１００の中心部（光軸を含む中心領域）に吸収層３の厚さが０の領域を設ける（すなわち吸収層３を設けない）ことにより、光学フィルタによる透過率の減少を抑制することができるため、好ましい。撮像装置４００が位相差検出方式の自動焦点合わせ機構（ＡＦ機構）を有する場合、位相差検出に使用される光束の透過率が変化しないように、中心領域に吸収層の厚さが０の領域を設けることが好ましい。

光学面の中心（光軸）から距離ｒ１、ｒ２（ｒ１＜ｒ２）における透過率をＴ（ｒ１）、Ｔ（ｒ２）とするとき、Ｔ（ｒ１）≧Ｔ（ｒ２）を満足するグラデーション型ＮＤフィルタを配置すると、アポダイゼーション効果により品位の高いボケ像を得ることができる。また、絞りＳＰの前後に各実施例のグラデーション型ＮＤフィルタを配置することにより、軸外光束に対しても有効にアポダイゼーション効果を得ることができ、画面全域に対して品位の高い画像が得られる。反対に、Ｔ（ｒ１）≦Ｔ（ｒ２）のような特性を有するグラデーション型ＮＤフィルタを用いると、画像の周辺減光を補正することができる。

このような位置に光学フィルタを設けた場合、通常、反射光が迷光となりゴーストやフレアの原因となる。しかし、各実施例のグラデーション型ＮＤフィルタの場合、透過率分布を有しつつ反射率を低減するため、像側および物体側の双方からの光に対してもゴーストやフレアを低減した高品位な像が得られる。なお、図２０に示される断面図は一例であり、各実施例の光学フィルタは、１つの撮影光学系のレンズに限定されることなく、様々な光学系に適用することができる。

各実施例によれば、作製が容易であって、透過率の異なる領域に対して高い反射防止性能を有する光学素子、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。

００１ 光学素子
２ 第１の反射防止層
３ 吸収層
２１、２２ 薄膜

Claims (13)

1. 透過率が第１の方向に変化する領域を有する光学素子であって、
   前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って、吸収層と、複数の薄膜からなる第１の反射防止層とを有し、
   前記吸収層の前記第２の方向における厚さは、前記第１の方向に変化し、
   前記複数の薄膜のうち少なくとも二つの薄膜の厚さは、前記吸収層の前記厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有することを特徴とする光学素子。
2. 前記複数の薄膜の全ての薄膜の厚さは、前記吸収層の前記厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第２の方向に沿って、前記吸収層に対して前記第１の反射防止層とは反対側に第２の反射防止層を更に有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. 基板を更に有し、
   前記第２の方向に沿って、前記基板から順に、前記第１の反射防止層、前記吸収層、および、前記第２の反射防止層が設けられており、
   前記第１の反射防止層の最大光学膜厚をＤｃ_１、前記第２の反射防止層の最大光学膜厚をＤｃ_２、前記吸収層の光学膜厚ｄがλ／８≦ｄ≦３λ／８（λ＝５５０ｎｍ）の範囲内の位置ｘにおける前記第１の反射防止層の総光学膜厚をＤｘ_１、前記位置ｘにおける前記第２の反射防止層の総光学膜厚をＤｘ_２とするとき、
   ０．８５≦Ｄｘ_１／Ｄｃ_１≦０．９９８
   ０．８５≦Ｄｘ_２／Ｄｃ_２≦０．９９８
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
5. 前記最大光学膜厚Ｄｃ_１、Ｄｃ_２および前記総光学膜厚Ｄｘ_１、Ｄｘ_２は、
   ０．９５≦（Ｄｘ_１／Ｄｃ_１）／（Ｄｘ_２／Ｄｃ_２）≦１．０５
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光学素子。
6. 前記基板は、曲率を有するレンズ形状であることを特徴とする請求項４または５に記載の光学素子。
7. 前記第１の方向は、前記基板の光軸中心から周辺に向かう方向であり、
   前記吸収層の光学膜厚は、前記第１の方向に沿って増加し、
   前記光学素子の光線有効半径をＬとするとき、前記基板の光軸中心から０．２Ｌだけ離れた位置から０．９Ｌだけ離れた位置までの領域において、前記第１の反射防止層および前記第２の反射防止層の少なくとも一つの光学膜厚は、前記第１の方向に沿って減少することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の光学素子。
8. 前記吸収層の消衰係数κは、
   ０．０５≦κ≦０．５
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学素子。
9. 前記吸収層は、中心部には形成されていないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学素子。
10. 透過率が第１の方向に変化する領域を有する光学素子であって、
    前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って、順に、第１の反射防止層と、吸収層と、第２の反射防止層とを有し、
    前記吸収層の前記第２の方向における厚さは、前記第１の方向に変化し、
    前記第１の反射防止層および前記第２の反射防止層のそれぞれの厚さは、前記吸収層の前記厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有することを特徴とする光学素子。
11. 複数の光学素子を有し、
    前記複数の光学素子は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学素子を含むことを特徴とする光学系。
12. 複数の光学素子と開口絞りとを有し、
    前記開口絞りの前後のそれぞれに、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学素子を少なくとも一つ含むことを特徴とする光学系。
13. 撮像素子と、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学素子と、を有することを特徴とする光学機器。