JP5201435B2

JP5201435B2 - 光学系

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Publication number: JP5201435B2
Application number: JP2005012898A
Authority: JP
Inventors: 一政田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2025-01-20
Also published as: TWI432770B; EP1584955B1; US20050219705A1; EP1584955A1; CN1677131A; CN100443923C; TW200535449A; JP2005316386A; EP3324221A1; US7336421B2

Description

本発明は、写真、双眼鏡、望遠鏡、顕微鏡などに用いられ複数の波長、あるいは、帯域で使用する光学素子に形成される反射防止膜を有する光学系に関する。

反射防止膜は、光学系内に組み込まれる光学素子と媒質の屈折率の違いにより生じる反射を低減させることを目的としている。このような反射光が像面へ到達すると、ゴーストやフレアとなって光学性能へ著しい悪影響を与えてしまうからである。近年、光学系に必要とされる光学性能が高くなっており、この光学系内に配置される光学素子に形成される反射防止膜にも、従来よりも広い入射角度の範囲で、より低反射の性能が要求されている。

このような要求を満足するために、様々な材料や膜厚を組み合わせることによる多層膜設計技術や、多層膜成膜技術も進歩を続けている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３５６７０４号公報

しかしながら、従来の方法による反射防止膜では、その反射防止膜が形成された光学面に入射する光線の入射角度が増加して斜めから入射すると、反射防止膜の特性が変化してその反射防止膜としての効果が急激に薄らいで反射光が増加してしまうという課題があった。このような反射面が光学系内に一面しか存在しない場合は、その反射光は物体側に戻るため光学系の光学性能への直接的な影響は無いが、このような面が複数面存在する場合には、反射光が像側に到達し、ゴーストやフレア発生の原因となる危険性が高くなる。近年、レンズの大口径化が進み、光学素子に入射する光線の角度範囲も拡大傾向にあるため、ゴーストやフレアが発生しやすい状況になっている。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、可視光域で低い反射率を広い角度範囲で実現できる反射防止膜を有する光学系を提供することを目的とする。

請求項に記載の第１の光学系は、反射防止膜が形成された光学面を備える光透過部材と、絞りとを有する光学系であって、前記反射防止膜は、屈折率がほぼ１．５２である前記光透過部材の前記絞りに対して凹面状で且つ空気と接する光学面のみに形成され、基準とする光線の波長λを５５０ｎｍとするとき、屈折率がほぼ１．６５で且つ光学的膜厚がほぼ０．２７λの第１層と、前記第１層上に形成され、屈折率がほぼ２．１２で且つ光学的膜厚がほぼ０．０７λの第２層と、前記第２層上に形成され、屈折率がほぼ１．６５で且つ光学的膜厚がほぼ０．３０λの第３層と、前記第３層上に形成され、屈折率がほぼ１．２５で且つ光学的膜厚がほぼ０．２６λの第４層とから構成され、前記反射防止膜が形成された前記光学面は、前記光学面に入射する波長域が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光線に対して、前記光線の入射角が０度以上２５度以下のときは反射率が０．５％以下であり、且つ、前記光線の入射角が０度以上６０度以下のときは反射率が３．５％以下であり、前記絞りは、前記反射防止膜が形成された前記光学面よりも像面側に設けられていることを特徴する。

上記光学系において、焦点距離をｆとし、前記反射防止膜が形成された光学面の曲率半径をｒｓとするとき、次式
０．０＜ｆ／ｒｓ＜１０．０
但し、ｒｓの符号は、前記光学面が絞りに対して凹面状のとき正（ｒｓ＞０）とする
を満足することが好ましい。

請求項に記載の第２の光学系は、反射防止膜が形成された光学面を備える光透過部材と、絞りとを有する光学系であって、前記反射防止膜は、屈折率がほぼ１．５２である前記光透過部材の前記絞りに対して凹面状で且つ空気と接する光学面のみに形成され、基準とする光線の波長λを５５０ｎｍとするとき、屈折率がほぼ１．６５で且つ光学的膜厚がほぼ０．２７λの第１層と、前記第１層上に形成され、屈折率がほぼ２．１２で且つ光学的膜厚がほぼ０．０７λの第２層と、前記第２層上に形成され、屈折率がほぼ１．６５で且つ光学的膜厚がほぼ０．３０λの第３層と、前記第３層上に形成され、屈折率がほぼ１．２５で且つ光学的膜厚がほぼ０．２６λの第４層とから構成され、前記反射防止膜が形成された前記光学面は、前記光学面に入射する波長域が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光線に対して、前記光線の入射角が０度以上２５度以下のときは反射率が０．５％以下であり、且つ、前記光線の入射角が０度以上６０度以下のときは反射率が３．５％以下であり、前記絞りは、前記反射防止膜が形成された前記光学面よりも物体側に設けられ、前記光学系の焦点距離をｆとし、前記絞りに対して像面側の前記反射防止膜が形成された光学面の曲率半径をｒｓとするとき、次式
２．９４４ ≦ ｆ／ｒｓ＜１０．０００
を満足することを特徴する。

上記光学系は、波長域が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光線に対して使用されることが好ましい。

上記光学系において、前記第１層は酸化アルミニウムが真空蒸着法で形成され、前記第２層は酸化チタンと酸化ジルコニウムの混合物が真空蒸着法で形成され、前記第３層は酸化アルミニウムが真空蒸着法で形成され、前記第４層はフッ化マグネシウムがゾル−ゲル法を用いて形成されることが好ましい。

上記光学系は結像光学系として用いることができる。また、上記光学系は観察光学系として用いることもできる。

第１および第２の本発明に係る光学系を以上のように構成すると、この光学系に形成された特殊反射防止膜により、可視光域（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の光線に対して、その光線の入射角の広い角度範囲（０度〜６０度）に対しても低い反射率を実現することができる。そのため、ゴーストやフレアの発生を効果的に抑えることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、本実施形態で用いられる特殊反射防止膜（以下、「反射防止膜１」と呼ぶ）について図１を用いて説明する。この反射防止膜１は４層からなり、光を透過する光透過部材（光学部材２）の光学面に形成される。第１層１ａは真空蒸着法で蒸着された酸化アルミニウムで形成されている。また、この第１層１ａの上に更に真空蒸着法で蒸着された酸化チタンと酸化ジルコニウムの混合物からなる第２層１ｂが形成される。さらに、この第２層１ｂの上に真空蒸着法で蒸着された酸化アルミニウムからなる第３層１ｃが形成される。そしてこのようにして形成された第３層１ｃの上に、ゾル−ゲル法によりフッ化マグネシウムからなる第４層１ｄが形成されて第１実施例に係る反射防止膜１が形成される。ここで、ゾル−ゲル法とは、光学部材の光学面上に光学薄膜材料ゾルを塗布し、ゲル膜を堆積させた後、液体に浸漬し、この液体の温度及び圧力を臨界状態以上にしてその液体を気化・乾燥させることにより膜を生成する製法である。

このように、この反射防止膜１の第１層１ａ〜第３層１ｃまではドライプロセスである電子ビーム蒸着により形成され、最上層である第４層１ｄは、フッ酸／酢酸マグネシウム法で調製したゾル液を用いるウェットプロセスにより以下の手順で形成されている。まず、予めレンズ成膜面（上述の光学部材２の光学面）に真空蒸着装置を用いて第１層１ａとなる酸化アルミニウム層、第２層１ｂとなる酸化チタン−酸化ジルコニウム混合層、第３層１ｃとなる酸化アルミニウム層を順に形成する。そして、蒸着装置より光学部材２を取り出した後、フッ酸／酢酸マグネシウム法により調製したゾル液をスピンコート法により塗布することにより第４層１ｄとなるフッ化マグネシウム層を形成する。このとき、フッ酸／酢酸マグネシウム法の反応式を以下の式（１）に示す。

２ＨＦ＋Ｍｇ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂→ＭｇＦ₂＋２ＣＨ₃ＣＯＯＨ（１）

この成膜に用いたゾル液は、原料混合後、オートクレープで１４０℃、２４時間高温加圧熟成処理を施した後、成膜に用いられる。この光学部材２は、第４層１ｄの成膜終了後、大気中で１５０℃、１時間加熱処理して完成される。このようなゾル−ゲル法を用いることにより、原子または分子が数個から数十個程度集まって、大きさが数ｎｍから数十ｎｍの粒子ができ、さらに、それらの粒子が数個集まって二次粒子が形成され、それら二次粒子が堆積することにより第４層１ｄを形成することができる。

それではこのようにして形成された反射防止膜１の光学的性能について図２に示す分光特性を用いて説明する。なお、この図２は、基準波長λを５５０ｎｍとしたときに、光学部材２の屈折率が１．５２であり、第１層１ａの屈折率が１．６５で、その光学的膜厚が０．２７λであり、第２層１ｂの屈折率が２．１２で、その光学的膜厚が０．０７λであり、第３層１ｃの屈折率が１．６５で、その光学的膜厚が０．３０λであり、第４層１ｄの屈折率が１．２５で、その光学的膜厚が０．２６λである場合の分光特性を表している。この図２から分かる通り、可視光領域（波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の光線に対して、入射角が６０度となってもその反射率は３．５％以下となっており、非常に低い反射率を実現している。さらに、入射角が０度若しくは２５度の場合でも、その反射率は０．５％以下となっており、非常に低い反射率を実現している。なお、これらの反射率は基準波長λに対して短波長側（４００ｎｍ付近）でも、長波長側（７００ｎｍ付近）でも悪化することはなく、この反射防止膜は４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域に対して均等な効果を維持している。

なお、この反射防止膜１は、後述する実施例で示すように、絞りに向いた凹面状に形成されたレンズの光学面に設けて利用している。また、ここで言う凹面状とは、平面も含んでいる。この凹面状は曲率を有している方が望ましい。

また、このような光学面を有する光学系の焦点距離をｆとし、反射防止膜１を有する光学面の曲率半径をｒｓとするとき、以下の条件式（２）を満足する。なお、この条件式（２）において曲率半径ｒｓの符号は、絞りに向いた凹面形状のとき正（ｒｓ＞０）とする。

０ ≦ ｆ／ｒｓ＜１０．０（２）

上記条件式（２）は、光学系の焦点距離に対する反射防止膜１を有する光学面の曲率半径ｒｓの最適な範囲を規定している。下限値を超えると、前記光学面は絞りに向いた凸面形状になり、ゴースト発生面になりにくいので、反射防止効果を発揮できない。上限値を超えると、曲率半径が小さくなり過ぎて、ゴースト発生面になりにくいので、反射防止効果を発揮できない。なお、本発明の効果を確実にするために、条件式（２）の上限値を６．０にすることが望ましい。さらに、上限値を５．０にすることが望ましい。また、上限値を３．５にすることがより望ましい。また、条件式（２）の下限は０を含まない方が望ましい。

次に、第１実施例として上述の反射防止膜１が形成された光学素子を有する光学系として結像光学系１０について図３を用いて説明する。この結像光学系１０は、その焦点距離が１８ｍｍ〜３５ｍｍまで連続的に変化するカメラ用ズームレンズとして用いられるものであり、物体側から順に保護ガラスとして使用される平行平面板Ｆ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３を貼り合わせた接合レンズ、両凹レンズＬ４、両凸レンズＬ５、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と両凸レンズＬ７を貼り合わせた接合レンズ、開口絞りＰ、両凸レンズＬ８と両凹レンズＬ９を貼り合わせた接合レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と両凸レンズＬ１１を貼り合わせた接合レンズ、及び、両凸レンズＬ１２から構成され、像面Ｉに物体の像を結像する。なお、この結像光学系１０において、負メニスカスレンズＬ２の物体側の面（面番号５）は非球面形状に形成されている。

ここで非球面形状は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離をｘ（ｙ）とし、ｒを近軸曲率半径（基準球面の曲率半径）とし、κを円錐曲線定数とし、Ｃ_nをｎ次の非球面係数としたとき、下の式（２）で表されるものとした。

ｘ（ｙ）＝（ｙ²／ｒ）／（１＋（１−κ（ｙ²／ｒ²））^1/2）
＋Ｃ₄ｙ⁴ ＋Ｃ₆ｙ⁶ ＋Ｃ₈ｙ⁸ ＋Ｃ₁₀ｙ¹⁰ （２）

下の表１に、この第１実施例に係る結像光学系１０の各レンズの諸元を示す。この表１における面番号１〜２３は結像光学系１０に係るものであり、それぞれ図３における符号１〜２３に対応する。また、表１におけるｒはレンズ面の曲率半径を、ｄはレンズ面の間隔を、νｄはｄ線に対するアッベ数を、ｎｄはｄ線に対する屈折率を、ｆは焦点距離を、Ｂｆはバックフォーカスをそれぞれ示している。さらに、以下の諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さの単位は、特記が無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることもできる。また、非球面係数Ｃ_n（ｎ＝４，６，８，１０）において、「Ｅ−０９」等は「×１０^-09」等を表す。下の表１において、非球面には面番号の右側に＊印を付している。これらの説明は以降の実施例においても同様である。

（表１）
ｆ＝１８．５００
Ｂｆ＝３８．２７２
面番号ｒｄ νｄｎｄ
１ ∞ ３．０００６４．１１．５１６８０Ｆ
２ ∞ ２．５００１．０００００
３５０．７６２．５００４５．３１．７９５００Ｌ１
４１９．４１７．０００１．０００００
５＊４４．２７０．１００５５．６１．５０６２５Ｌ２
６２８．８１２．０００４５．３１．７９５００Ｌ３
７２２．２０８．２００１．０００００
８ −１２１．５７１．７００４４．８１．７４４００Ｌ４
９４９．８５６．８００１．０００００
１０５８．０５４．５００２８．６１．７９５０４Ｌ５
１１ −１４９．１７２８．４２２１．０００００
１２５１．０３１．０００４７．４１．７８８００Ｌ６
１３２３．０３３．８００５６．４１．５０１３７Ｌ７
１４ −５４．９７５．１６６１．０００００
１５ ∞ １．５００８．６１．０００００Ｐ
１６１７．６５１４．２００５９．５１．５３９９６Ｌ８
１７ −２７．２８１．３００４５．３１．７９５００Ｌ９
１８３２．２９０．７００１．０００００
１９１１０．４５１．３００３７．４１．８３４００Ｌ１０
２０１４．０３５．３００８２．５１．４９７８２Ｌ１１
２１ −２３．３６０．１００１．０００００
２２１３８．２８１．６００５９．５１．５３９９６Ｌ１２
２３ −１３８．２８１．０００００

（非球面データ）
第５面
κ＝５．４３５
Ｃ₄＝７．１８７６Ｅ−０６Ｃ₆＝−３．６４１２Ｅ−０９
Ｃ₈＝３．９９１８Ｅ−１１Ｃ₁₀＝−３．３２２５Ｅ−１４

図３に示す通り、物体側から入射した光線Ｒが光軸Ａとのなす角度（入射角度）が４５度で結像光学系１０に入射すると、負メニスカスレンズＬ２の物体側の面（第１番目のゴースト発生面でありその面番号は５）で反射し、その反射光は負メニスカスレンズＬ１の像側の面（第２番目のゴースト発生面でありその面番号は４）で再度反射して像面Ｉに到達し、ゴーストを発生させてしまう。なお、この第１実施例において、開口絞りＰはレンズの明るさを示すＦナンバーに換算して２２まで絞ってある場合を示している。発明者は、光を透過する光透過部材（すなわち、レンズ）のうち光学系の絞り（瞳）から見て凹面を向けている面がゴーストの発生面であることを見出した。第１番目のゴースト発生面５と第２番目のゴースト発生面４は、いずれも開口絞りＰから見て凹面を向けている。従って、このような面に、より広い波長範囲で広入射角に対応した反射防止膜１を形成することによって、結像光学系１０のゴースト低減効果がある。

図４は、本発明に係る光学系の第２実施例である結像光学系２０を示している。この結像光学系２０は、焦点距離が１４ｍｍのカメラ用レンズであり、物体側から順に物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５を貼り合わせた接合レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６、両凸レンズＬ７、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と両凸レンズＬ９を貼り合わせた接合レンズ、両凹レンズＬ１０、開口絞りＰ、両凸レンズＬ１１と物体側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ１２を貼り合わせた接合レンズ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と両凹レンズＬ１４を貼り合わせた接合レンズ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１５及び物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１６から構成され、像面Ｉに物体の像を結像する。なお、この結像光学系２０において、負メニスカスレンズＬ４の物体側の面（面番号７）とメニスカスレンズＬ１２の像側の面（面番号２２）は非球面形状に形成されている。

下の表２に、この第２実施例に係る結像光学系２０の各レンズの諸元を示す。この表２における面番号１〜２９は結像光学系２０に係るものであり、それぞれ図４における符号１〜２９に対応する。

（表２）
ｆ＝１４．２８６
Ｂｆ＝４０．８５６
面番号ｒｄ νｄｎｄ
１５０．００３．０００３７．２１．８３４００Ｌ１
２３４．００９．２００１．０００００
３５１．９０８．０００５０．２１．７２０００Ｌ２
４１４１．６００．１５０１．０００００
５３７．７０１．２００４９．６１．７７２５０Ｌ３
６１７．７０７．５００１．０００００
７＊７０．０００．２００４１．２１．５３６１０Ｌ４
８４０．００１．０００５０．２１．７２０００Ｌ５
９１６．１０５．６００１．０００００
１０１５０．００１．０００５５．３１．６７７９０Ｌ６
１１２０．３２３．０００１．０００００
１２２４．６３８．０００３５．３１．５９２７０Ｌ７
１３ −６４．３０４．７６４１．０００００
１４３１．８０１．０００４９．６１．７７２５０Ｌ８
１５９．９４８．０００４０．８１．５８１４４Ｌ９
１６ −１９．６６１．０００１．０００００
１７ −２６．２０１．０００４６．６１．８０４００Ｌ１０
１８９８．００１．５００１．０００００
１９ ∞ ２．０００１．０００００Ｐ
２０３７．００７．０００４７．２１．５４０７２Ｌ１１
２１ −３７．０００．２００４１．２１．５３６１０Ｌ１２
２２＊ −３７．０００．５００１．０００００
２３ −５７．５２２．８００６４．１１．５１６３３Ｌ１３
２４ −２１．６０１．５００２５．４１．８０５１８Ｌ１４
２５８４．３７１．２５０１．０００００
２６ −７９．７０４．５００８１．６１．４９７００Ｌ１５
２７ −１５．１８０．１５０１．０００００
２８ −１０８．３０３．５００６５．５１．６０３００Ｌ１６
２９ −２７．３０１．０００００

（非球面データ）
第７面
κ＝１．０００
Ｃ₄＝２．２９０７Ｅ−０５Ｃ₆＝−３．６９３０Ｅ−０８
Ｃ₈＝７．７１３１Ｅ−１１Ｃ₁₀＝６．４１０８Ｅ−１４
第２２面
κ＝１．０００
Ｃ₄＝４．６２２７Ｅ−０５Ｃ₆＝３．１８７８Ｅ−１０
Ｃ₈＝−２．７４１１Ｅ−０９Ｃ₁₀＝１．９７１３Ｅ−１１

図４に示すとおり、物体側から入射した光線Ｒが光軸Ａとのなす角度が２２度で結像光学系２０に入射すると、負メニスカスレンズＬ３の物体側の面（第１番目のゴースト発生面でありその面番号は５）で反射し、その反射光は負メニスカスレンズＬ１の像側の面（第２番目のゴースト発生面でありその面番号は２）で再度反射して像面Ｉに到達し、ゴーストを発生させてしまう。なお、この第２実施例において、開口絞りＰはレンズの明るさを示すＦナンバーに換算して８まで絞ってある場合を示している。このように、第１番目のゴースト発生面５と第２番目のゴースト発生面２は、いずれも開口絞りＰから見て凹面を向けている。そのため、これらの面に反射防止膜１を形成することにより、ゴーストを効果的に抑えることができる。

次に、第３実施例として上述の反射防止膜１が形成された光学素子を有する光学系として結像光学系３０について図５および図６を用いて説明する。この結像光学系３０は、その焦点距離が２９３．７９８ｍｍのカメラ用レンズとして用いられるものであり、物体面から順に保護ガラスとして使用される平行平面板Ｆ１、両凸レンズＬ１、両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３を貼り合わせた接合レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と両凸レンズＬ５を貼り合わせた接合レンズ、両凹レンズＬ６、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ７と両凹レンズＬ８を貼り合わせた接合レンズ、開口絞りＰ、両凸レンズＬ９、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１、及び、保護ガラスとして使用される平行平面板Ｆ２から構成され、像面Ｉに物体の像を結像する。下の表３に、この第３実施例に係る結像光学系３０の各レンズの諸元を示す。この表３における面番号１〜２４は結像光学系３０に係るものであり、それぞれ図５及び図６における符号１〜２４に対応する。

（表３）
ｆ＝２９３．７９８
Ｂｆ＝７５．０５３
面番号ｒｄ νｄｎｄ
１ ∞ ４．０００６４．１１．５１６８０Ｆ
２ ∞ ０．６００１．０００００
３１７３．８７１２．０００８２．５１．４９７８２Ｌ１
４ −９７８．０６０．２００１．０００００
５１３４．２０１５．０００８２．５１．４９７８２Ｌ２
６ −４６０．５８５．０００４６．６１．８０４００Ｌ３
７３３２．９１４６．３００１．０００００
８９９．３６３．５００４４．８１．７４４００Ｌ４
９５５．６９１５．９００８２．５１．４９７８２Ｌ５
１０ −１３３３．１８２９．７０７１．０００００
１１ −１６９．９７２．７００６４．１１．５１６８０Ｌ６
１２６７．２８４．５１０１．０００００
１３ −１９２．９３７．０００３３．９１．８０３８４Ｌ７
１４ −４３．０８２．８００６１．３１．５８９１３Ｌ８
１５８３．８９２０．１０３１．０００００
１６ ∞ １．７００１．０００００Ｐ
１７２０３．１３５．１００６９．９１．５１８６０Ｌ９
１８ −９９．７７３．０５７１．０００００
１９ −４３．００２．５００２８．５１．７９５０４Ｌ１０
２０ −６１．８５９．１００１．０００００
２１ −１７６．５４４．７００６９．９１．５１８６０Ｌ１１
２２ −５３．３７３０．６００１．０００００
２３ ∞ ２．０００６４．１１．５１６８０Ｆ２
２４ ∞ ７５．０５３１．０００００

図５に示すとおり、物体側から入射した光線Ｒが光軸Ａとのなす角度が２度で結像光学系３０に入射すると、両凸レンズＬ９の像側の面（第１番目のゴースト発生面でありその面番号は１８）で反射し、その反射光は負メニスカスレンズＬ４の物体側の面（第２番目のゴースト発生面でありその面番号は８）で再度反射して像面Ｉに到達し、ゴーストを発生させてしまう。このように、第１番目のゴースト発生面１８と第２番目のゴースト発生面８は、いずれも開口絞りＰから見て凹面を向けている。これらの面の内の第１番目のゴースト発生面に反射防止膜１を形成することにより、ゴーストを効果的に抑えることができる。

また、図６に示すとおり、物体側から入射した光線Ｒが光軸Ａとのなす角度が２度で結像光学系３０に入射すると、負メニスカスレンズＬ１０の像側の面（第３番目のゴースト発生面でありその面番号は２０）で反射し、その反射光は負メニスカスレンズＬ４の物体側の面（前述と同じ第２番目のゴースト発生面でありその面番号は８）で再度反射して像面Ｉに到達し、ゴーストを発生させてしまう。このように、第３番目のゴースト発生面２０と第２番目のゴースト発生面８は、いずれも開口絞りＰから見て凹面を向けている。これらの面の内の第３番目のゴースト発生面に反射防止膜１を形成することにより、ゴーストを効果的に抑えることができる。なお、第３実施例（図５および図６）において、開口絞りＰはレンズの明るさを示すＦナンバーに換算して５．６まで絞ってある場合を示している。

また、以下に、実施例１〜３に対する条件式（２）の対応値を示す。

（条件式（２）の対応値）
実施例１ｒｓ＝１９．４１（第４面）ｆ／ｒｓ＝０．９５３
ｒｓ＝４４．２７（第５面）ｆ／ｒｓ＝０．４１８
実施例２ｒｓ＝３４．００（第２面）ｆ／ｒｓ＝０．４２０
ｒｓ＝３７．７０（第５面）ｆ／ｒｓ＝０．３７９
実施例３ｒｓ＝９９．７７（第１８面）ｆ／ｒｓ＝２．９４４
ｒｓ＝６１．８５（第２０面）ｆ／ｒｓ＝４．７５０

なお、上述の結像光学系１０，２０，３０の像面側に接眼レンズを設けた観察光学系として用いても、反射防止膜１は同様の効果を発揮することができ、ゴーストやフレアが抑えられたシャープな像を観察することができる。

以上のように、本実施例に係る反射防止膜１によれば、可視光域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）において低い反射率を広い角度範囲で実現できる光学素子を提供でき、さらにこの光学素子を光学系に用いることにより、ゴーストやフレアの少ない、高い光学性能の光学系を提供することができる。特に、開口絞りＰに対して凹面を向けている光透過素子（レンズ）の面に反射防止膜１を形成することにより、従来よりも効果的に光学系のゴーストやフレアを抑え、高い光学性能の光学系を提供することができる。

本発明に係る反射防止膜の構造を示す説明図である。本発明に係る反射防止膜の分光特性を示すグラフである。第１実施例に係る反射防止膜が形成された光学素子を有する結像光学系のレンズ構成図である。第２実施例に係る反射防止膜が形成された光学素子を有する結像光学系のレンズ構成図である。第３実施例に係る反射防止膜が形成された光学素子を有する結像光学系のレンズ構成図であって、入射した光線が第１番目のゴースト発生面と第２番目のゴースト発生面で反射する場合である。第３実施例に係る反射防止膜が形成された光学素子を有する結像光学系のレンズ構成図であって、入射した光線が第３番目のゴースト発生面と第２番目のゴースト発生面で反射する場合である。

符号の説明

１反射防止膜
１ａ第１層
１ｂ第２層
１ｃ第３層
１ｄ第４層
２光学部材
１０，２０，３０結像光学系

Claims

反射防止膜が形成された光学面を備える光透過部材と、絞りとを有する光学系であって、
前記反射防止膜は、屈折率がほぼ１．５２である前記光透過部材の前記絞りに対して凹面状で且つ空気と接する光学面のみに形成され、基準とする光線の波長λを５５０ｎｍとするとき、屈折率がほぼ１．６５で且つ光学的膜厚がほぼ０．２７λの第１層と、前記第１層上に形成され、屈折率がほぼ２．１２で且つ光学的膜厚がほぼ０．０７λの第２層と、前記第２層上に形成され、屈折率がほぼ１．６５で且つ光学的膜厚がほぼ０．３０λの第３層と、前記第３層上に形成され、屈折率がほぼ１．２５で且つ光学的膜厚がほぼ０．２６λの第４層とから構成され、
前記反射防止膜が形成された前記光学面は、前記光学面に入射する波長域が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光線に対して、前記光線の入射角が０度以上２５度以下のときは反射率が０．５％以下であり、且つ、前記光線の入射角が０度以上６０度以下のときは反射率が３．５％以下であり、
前記絞りは、前記反射防止膜が形成された前記光学面よりも像面側に設けられていることを特徴する光学系。
前記光学系の焦点距離をｆとし、前記反射防止膜が形成された光学面の曲率半径をｒｓとするとき、次式
０．０＜ｆ／ｒｓ＜１０．０
但し、ｒｓの符号は、前記光学面が絞りに対して凹面状のとき正（ｒｓ＞０）とする
を満足することを特徴する請求項１に記載の光学系。
反射防止膜が形成された光学面を備える光透過部材と、絞りとを有する光学系であって、
前記反射防止膜は、屈折率がほぼ１．５２である前記光透過部材の前記絞りに対して凹面状で且つ空気と接する光学面のみに形成され、基準とする光線の波長λを５５０ｎｍとするとき、屈折率がほぼ１．６５で且つ光学的膜厚がほぼ０．２７λの第１層と、前記第１層上に形成され、屈折率がほぼ２．１２で且つ光学的膜厚がほぼ０．０７λの第２層と、前記第２層上に形成され、屈折率がほぼ１．６５で且つ光学的膜厚がほぼ０．３０λの第３層と、前記第３層上に形成され、屈折率がほぼ１．２５で且つ光学的膜厚がほぼ０．２６λの第４層とから構成され、
前記反射防止膜が形成された前記光学面は、前記光学面に入射する波長域が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光線に対して、前記光線の入射角が０度以上２５度以下のときは反射率が０．５％以下であり、且つ、前記光線の入射角が０度以上６０度以下のときは反射率が３．５％以下であり、
前記絞りは、前記反射防止膜が形成された前記光学面よりも物体側に設けられ、
前記光学系の焦点距離をｆとし、前記絞りに対して像面側の前記反射防止膜が形成された光学面の曲率半径をｒｓとするとき、次式
２．９４４ ≦ ｆ／ｒｓ＜１０．０００
を満足することを特徴する光学系。
前記光学系は、波長域が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光線に対して使用されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学系。
前記第１層は酸化アルミニウムが真空蒸着法で形成され、前記第２層は酸化チタンと酸化ジルコニウムの混合物が真空蒸着法で形成され、前記第３層は酸化アルミニウムが真空蒸着法で形成され、前記第４層はフッ化マグネシウムがゾル−ゲル法を用いて形成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学系。
前記光学系は結像光学系として用いられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学系。
前記光学系は観察光学系として用いられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学系。