JP5885649B2 - 反射防止膜を有する光学素子、光学系および光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、反射防止膜を有する光学素子、光学系および光学機器に関する。

反射防止膜として、一般にマルチコート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積層することで、各膜の表面および界面で発生する反射名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仕組みである。例えば、特許文献１は、屈折率が１．９０以上の基板上に真空蒸着や電子銃蒸着を用いて形成した、５層の誘電体薄膜から構成される反射防止膜を有するレンズを開示している。

一方、特許文献２、３は、使用波長よりも小さな微細構造を有する反射防止構造体を有するレンズを開示している。光の波長よりも小さい構造に入射すると光は微細構造を構成する材料の体積比に準じた屈折率（有効屈折率ｎ_ｅｆｆ）を示す媒質に入射したように振る舞う性質を持つ。このとき、微細構造を構成する材料の屈折率ｎ_ｍと空間充填率ｆｆの式(Ｌｏｒｅｎｔｚ−Ｌｏｒｅｎｚの式)により次式が成立する。

特許文献２は、有効屈折率が光入射側から基板に向かって連続的に変化する、酸化アルミニウムを主成分とする板状結晶を最上層に用いた反射防止膜を開示している。光の反射は屈折率の異なる２つの物質の界面で起こるため、このように屈折率が連続的に変化する構造では反射波が抑制される。また、特許文献３には、微細凹凸構造による低屈折率層としての最上層と、最上層と基板との間に設けられた２層以上の多層膜と、を有する反射防止膜を開示している。最上層と基板との間に設けられた多層膜は、基板側から微細凹凸構造に向かって徐々に屈折率が低い構成となっている。

特開２０１０−２７１４０４号公報 特開２００８−２３３８８０号公報 特開２００９−４２４７２号公報

しかしながら、特許文献１、３の反射防止膜は、各膜の表面および界面で発生する反射波の振幅と位相を調整する仕組みのため、干渉条件が崩れる斜入射（特に、入射角度が３０度以上）で反射防止特性が低下する。また、膜厚敏感度が高く、数％ばらつくだけで反射防止性能が大きく低下する。一方、特許文献２の反射防止膜は、屈折率の高い基板に対しては微細凹凸構造と有機樹脂層界面の屈折率差が大きくなるため反射防止特性が低下する。

そこで本発明は、屈折率が高い基板に対して波長帯域特性、入射角度特性に優れた反射防止膜を有する光学素子、光学系、光学機器を提供することを例示的な目的とする。

本発明の光学素子は、基板と、該基板の上に形成された反射防止膜と、を有する光学素子であって、前記反射防止膜は、前記基板の上に形成された中間層と、該中間層の上に形成され、複数の凸部を有する凹凸層と、を有し、前記凹凸層は、前記基板の側から順に、屈折率が一定である均質部と、空気側から前記基板の側に向かって屈折率が連続的に大きくなる凹凸部と、を有し、前記中間層は、前記基板に最も近い第１層と、該第１層の上に形成された第２層と、該第２層の上に形成された第３層と、を有し、波長５５０ｎｍの光に対する、前記基板の屈折率をｎｓ、前記第１層の屈折率をｎ１、前記第２層の屈折率をｎ２、前記第３層の屈折率をｎ３、前記均質部の屈折率をｎａ、とし、前記第３層の物理膜厚をｄ３（ｎｍ）、前記均質部の物理膜厚をｄａ（ｎｍ）、とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする。

１．７５≦ｎｓ≦２．２０
ｎ１＜ｎ２
ｎ１＜ｎｓ
１．３５≦ｎａ≦１．５８
７５≦ｎ３ｄ３＋ｎａｄａ≦１３０

本発明によれば、屈折率が高い基板に対して波長帯域特性、入射角度特性に優れた反射防止膜を有する光学素子、光学系、光学機器を提供することができる。

本実施形態の反射防止膜の概略部分断面図と屈折率分布図である。 本発明の反射防止膜の屈折率分布と反射率特性のグラフである。（実施例１） 本発明の反射防止膜の屈折率分布と反射率特性のグラフである。（実施例２） 本発明の反射防止膜の屈折率分布と反射率特性のグラフである。（実施例３） 本発明の反射防止膜の屈折率分布と反射率特性のグラフである。（実施例４） 本発明の反射防止膜の屈折率分布と反射率特性のグラフである。（実施例５） 本発明の反射防止膜の屈折率分布と反射率特性のグラフである。（実施例６） 本発明の反射防止膜の屈折率分布と反射率特性のグラフである。（実施例７） 本発明の反射防止膜の屈折率分布と反射率特性のグラフである。（実施例８） 本発明の反射防止膜の屈折率分布と反射率特性のグラフである。（実施例９） 本発明の光学機器の斜視図である。（実施例１０） 比較例１の反射防止膜の屈折率分布と反射率特性のグラフである。 比較例２の反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。

以下、本実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、屈折率の値は波長５５０ｎｍの光に対する値である。図１（ａ）は、後述する各実施例に共通の本実施形態の光学素子の概略部分断面図であり、図１（ｂ）はその屈折率分布図であり、横軸は膜厚、縦軸は屈折率である。図１（ａ）は、高い屈折率（１．７５以上２．２以下の屈折率）の光学基板(ガラス基板、以下単に「基板」と称する)１０の表面付近を拡大して示している。１００は反射防止膜である。本実施形態では、基板１０は、使用波長域である可視光の波長帯域において透明である。

反射防止膜１００は、入射または射出する光線の表面反射を低減し、微細凹凸構造３０と、基板１０と微細凹凸構造（凹凸層）３０との間に設けられ、屈折率の異なる多層膜からなる中間層２０と、を有する。

微細凹凸構造３０は、使用波長域のうち最も短い波長よりも小さいピッチの凹凸構造（複数の凸部）を有する最上層である。微細凹凸構造３０は、酸化アルミニウムを主成分とする多孔質層であってもよい。微細凹凸構造３０は、光入射側から中間層２０側に向かって空間充填率ｆｆが連続的に高くなる部分を有するため（なお、後述する均質部（均質層）では屈折率は一定である）、その有効屈折率ｎ_ｅｆｆは光入射側から中間層側２０に向かって連続的に増加する。

高い反射防止効果を得るために、微細凹凸構造３０の膜厚は１８０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚が１８０ｎｍ未満になると、高い反射防止性能が得られる波長帯域が狭くなり、特に可視光の長波長側（６５０〜７００ｎｍ付近）で反射率が高くなり、膜厚が３００ｎｍより厚くなると、構造のランダム性に起因した散乱により透過率が低下する。

微細凹凸構造３０の製造方法は特に限定されないが、量産性を考慮すると、真空成膜法や液相法(ゾルゲル法)により成膜した酸化アルミニウム（アルミナ）を含有する膜を水蒸気処理あるいは温水処理することで形成することが好ましい。このように、微細凹凸構造３０は、ウェットプロセスで形成されてもよい。酸化アルミニウムを用いた場合、微細凹凸構造３０の有効屈折率は最も光入射側でほぼ１となり、中間層２０側に向かって連続的に上昇し、屈折率の最大値は１．３５〜１．５８の範囲にある。

微細凹凸構造３０は、中間層２０に接する部分に均質部（屈折率が一定の層）を有してもよい。例えば、酸化アルミニウム膜を水蒸気や温水で処理する場合には、表層に酸化アルミニウムの板状結晶が析出して厚さ方向に空間充填率が変化する微細凹凸構造３０を形成するが、その下に不定形の酸化アルミニウム層（均質部）が残存してもよい。このとき、処理時間や処理温度、材料中の酸化アルミニウムの含有量や安定化剤、触媒等の添加物含有量を制御することで、残存する均質部の膜厚を制御することができる。これは酸化アルミニウム膜を水蒸気や温水で処理する場合に限られるわけではなく、ナノインプリント等の方法で光学素子表面に微細凹凸構造を形成する場合も可能である。また、均質部の屈折率は微細凹凸構造３０の根本部分（最も均質部に近い部分）と一致させてもよく、異なっていてもよい。

中間層２０は、基板１０の上に形成され、屈折率の異なる２層以上の多層膜から構成される。微細凹凸構造３０は均質構造に比べて緻密性が低いため、外界からの水分等が微細凹凸構造３０を通過し、光学基板に影響を与える可能性がある。そこで、微細凹凸構造３０と光学基板の間に多層膜からなる中間層２０を形成することで、反射防止膜１００の安定性を向上することができる。また、より安定性を高めるためには、中間層２０を構成する薄膜のうち少なくとも１層は基板１０より屈折率が高く緻密な層であることがより好ましい。

中間層２０の各膜の製造方法は限定されず、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。但し、緻密な膜を形成するためには、ドライプロセスが好ましく、スパッタ法がより好ましい。

基板１０の屈折率をｎｓ、中間層２０を形成する薄膜層のうち最も基板１０に近い側から、第１層、第２層、…とする。即ち、第１層は基板１０に最も近く、第２層は第１層の上に形成される。第１層の屈折率、第２層の屈折率…をｎ１、ｎ２、…とすると、ｎ１＜ｎｓかつｎ１＜ｎ２の条件式を満たす。なお、ｎ１は１．０よりも大きい。これにより、特許文献３に記載の多層膜層よりも中間層２０の各層の膜厚を薄くすることができ、より入射角度特性の優れた反射防止膜を実現することができる。また、この効果を十分発揮するためには、ｎ１とｎ２は０．１以上の屈折率差があることが好ましく、０．２以上あることがさらに好ましい。

反射防止膜１００は、可視全域(波長４００〜７００ｎｍ)にわたる広い波長帯域で、かつ入射角０〜６０°以上の大きな入射角度範囲にわたって、優れた反射防止特性を有する。そのため、反射防止膜１００を形成した光学素子(レンズ)を有する光学系は、フレアやゴーストなどの不要光が発生しにくい。

また、高屈折率（１．７５≦ｎｓ≦２．２０）の基板１０に対して良好な反射防止特性を得るためには、中間層２０は３層構造となることが好ましい。屈折率が１．３５以上１．７８以下の第１層、屈折率が１．７８以上２．４０以下の第２層、屈折率が１．３８以上１．７０以下の第３層からなる３層構造は特に好ましい。即ち、第２層の上に形成される第３層の屈折率をｎ３とすると、以下の条件式が満足されることが好ましい。

１．３５≦ｎ１≦１．７８ （２）
１．７８≦ｎ２≦２．４０ （３）
１．３８≦ｎ３≦１．７０ （４）
第１層の光学膜厚は２５ｎｍ以上６５ｎｍ以下、第２層の光学膜厚は１８ｎｍ以上６５ｎｍ以下、第３層の光学膜厚は７５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下が好ましい。即ち、ｄ１（ｎｍ）を第１層の物理膜厚、ｄ２（ｎｍ）を第２層の物理膜厚とすると、以下の条件式が満たされることが好ましい。但し、数式（７）は均質部がない場合である。

２５≦ｎ１ｄ１≦６５ （５）
１８≦ｎ２ｄ２≦６５ （６）
７５≦ｎ３ｄ３≦１３０ （７）
微細凹凸構造が均質部を含む場合には、均質部の光学膜厚と第３層の光学膜厚の和が７５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であることが好ましい。即ち、以下の条件式が満たされることが好ましい。但し、ｄ３（ｎｍ）を第３層の物理膜厚、ｎａを均質部の屈折率、ｄａ（ｎｍ）を均質部の物理膜厚とする。

１．３５≦ｎａ≦１．５８ （８）
７５≦ｎ３ｄ３＋ｎａｄａ≦１３０ （９）
これは、均質部が第３層の代わりとなってもよく、均質部と第３層の和が第３層としての役割を果たしてもよいためである。そのため、均質部と第３層の屈折率差は、０．１以下であることが好ましく、０．０５以下であることがさらに好ましい。即ち、以下の条件式が満たされることが好ましい。

０≦｜ｎ３−ｎａ｜≦０．１ （１０）
０≦｜ｎ３−ｎａ｜≦０．０５ （１１）
中間層２０を構成する各層の材料は特に限定されない。例えば、ＳｉＯ_２やＭｇＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、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。

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け出して曇りや着色（「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に、第１層にＡｌ_２Ｏ_３を用いることが好ましい。第３層は、反応性が低く大気中でも安定な膜であることが好ましく、例えば、ＳｉＯ_２を用いることができる。

微細凹凸構造３０と中間層２０の界面での屈折率差（つまり、第３層と微細凹凸構造３０の根本部分との屈折率差または均質部を含む場合は第３層と均質部との屈折率差）は０．１以下であることが好ましく、０．０５以下であることがさらに好ましい。これにより、微細凹凸構造３０と中間層２０の界面で発生する反射波を抑えることができ、反射防止性能が向上する。

反射防止膜１００を形成する光学素子は、レンズ、プリズム、フライアイインテグレータなどを含む。また、この光学素子を有する光学系は、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、ヘッドマウントディスプレイ等の光学機器に使用することができる。

図２（ａ）は、実施例１の反射防止膜１００の屈折率分布を示すグラフであり、横軸は基板１０の表面からの厚さ（ｎｍ）、縦軸は屈折率である。縦軸と横軸は他の実施例の対応する図でも同様である。基板表面からの厚さが０以下の領域は基板１０を示している。また、表１に本実施例の反射防止膜１００の構成を示す。ｎは屈折率、ｄは物理膜厚、ｎｄ（ｎ×ｄ）は光学膜厚を意味し、これは他の実施例の対応する表でも同様である。

本実施例の反射防止膜１００は、屈折率が２．０１の基板１０に形成されている。中間層２０は、基板側から物理膜厚２４ｎｍ、ＳｉＯ_２を主成分とし、屈折率１．４６の第１層、物理膜厚１４ｎｍ、ＴｉＯ_２を主成分とし、屈折率２．３２の第２層、物理膜厚５４ｎｍ、ＳｉＯ_２を主成分とし、屈折率が１．４６の第３層を有する。中間層２０の各層は真空蒸着法により形成した。実施例１は、第１層と第３層に同じ材料を用いることで成膜材料の種類を少なくし、製造コストを下げている。中間層２０の第１層、第２層、第３層の光学膜厚は、それぞれ３５ｎｍ、３３ｎｍ、７９ｎｍである。

微細凹凸構造３０は、ゾルゲル法によりスピンコートで成膜した酸化アルミニウムを主成分とする膜を温水浸漬処理することで形成されている。微細凹凸構造３０は、光入射側から基板側に向かって屈折率が１から連続的に１．５２まで増加する。膜厚方向に対する屈折率変化は一定ではなく、光入射側に近い領域のほうが基板に近い領域より膜厚に対する屈折率変化が小さい構造となる。このような構造は必ずしも必要ではないが、より波長帯域や入射角度特性に優れた反射防止特性を発揮できる。

図２（ｂ）は、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示すグラフであり、横軸は波長、縦軸は屈折率、０°、１５°、・・・６０°は入射角度を表している。縦軸や横軸などは他の実施例の対応する図でも同様である。図２（ｂ）より、本実施例１の反射防止膜は、入射角０°〜４５°で、可視域全域で０．２％以下の反射率を達成しており、高い反射防止性能を発揮していることが分かる。

図３（ａ）は、実施例２の反射防止膜１００の屈折率分布を示すグラフである。また、表２に本実施例の反射防止膜１００の構成を示す。

本実施例の反射防止膜１００は、屈折率が１．９７の基板１０に形成されている。中間層２０は、基板側から物理膜厚１９ｎｍ、ＳｉＯ_２を主成分とし、屈折率１．４６の第１層、物理膜厚２７ｎｍ、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とし、屈折率２．０３の第２層、物理膜厚が１３ｎｍ、ＳｉＯ_２を主成分とし、屈折率が１．４６の第３層を有する。中間層２０の各層はスパッタ法により形成した。中間層２０の第１層、第２層、第３層の光学膜厚は、それぞれ２８ｎｍ、５５ｎｍ、１９ｎｍである。微細凹凸構造３０の下部に均質部が残存している。微細凹凸構造３０は、光入射側から基板側に向かって屈折率が１から１．５２に連続的に増加し、均質部は物理膜厚４９ｎｍ、屈折率１．５２、光学膜厚７５ｎｍである。均質部の光学膜厚と第３層の光学膜厚の和は９４ｎｍである。

図３（ｂ）は、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示すグラフである。図３（ｂ）より、可視域全域(波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ)にわたり、高い反射防止性能を発揮していることが分かる。入射角０°〜４５°では、可視域全域で０．３％以下の反射率を達成し、入射角６０°でも可視全域で１．０％以下と極めて良好な斜入射特性を示すことが分かる。

本実施例のように、微細凹凸構造３０の下部に均質部が残存する場合にも、中間層２０の膜厚、特に第３層の膜厚を最適化することによって、高い反射防止性能を発揮することができる。また、残存する均質部の膜厚や屈折率を制御することで、より高い反射防止性能を実現することもできる。
（比較例１）
図１２（ａ）は、比較例１の反射防止膜の屈折率分布を示すグラフである。また、表１０に比較例１の反射防止膜１００の構成を示す。

比較例１において、基板は実施例１と同様で屈折率は２．０１である。中間層は、物理膜厚２５ｎｍ、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、屈折率が１．６５の第１層、物理膜厚２０ｎｍ、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とし、屈折率２．０３の第２層、物理膜厚が４５ｎｍ、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２を主成分とし、屈折率が１．５２の第３層を有する。微細凹凸構造は、物理膜厚１４８ｎｍ、光入射側から基板側に向かって屈折率が１から１．５２に連続的に増加する。

図１２（ｂ）は、比較例１の反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。入射角０°において、波長７００ｎｍでの反射率が０．５％以上となっており、入射角度が大きくなるに従って反射防止特性は悪化している。特に、入射角６０°では波長７００ｎｍでの反射率が５％を超えてしまっている。

微細凹凸構造の厚さが１８０ｎｍよりも小さくなると、このように、長波長側や大きな入射角での反射特性が悪化するため、微細凹凸構造の厚さは１８０ｎｍ以上であることが好ましい。

図４（ａ）は、実施例３の反射防止膜１００の屈折率分布を示すグラフである。また、表３に本実施例の反射防止膜１００の構成を示す。

本実施例の反射防止膜１００は、屈折率が２．０１の基板１０に形成されている。中間層２０は、基板側から物理膜厚２５ｎｍ、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、屈折率１．６５の第１層、物理膜厚２０ｎｍ、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とし、屈折率２．０３の第２層を有する。本実施例の中間層２０には第３層がない。中間層２０の第１層、第２層の光学膜厚は、それぞれ４１ｎｍ、４１ｎｍである。微細凹凸構造３０は実施例１と同様に形成されているが、微細凹凸構造３０の下部に均質部が残存している。均質部は屈折率１．５２、物理膜厚５６ｎｍ、光学膜厚８５ｎｍである。均質部の光学膜厚と第３層の光学膜厚の和は８５ｎｍである。

図４（ｂ）は、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示すグラフである。図４（ｂ）より、可視域全域(波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ)にわたり、高い反射防止性能を発揮していることが分かる。入射角０°〜４５°では、可視域全域で０．２％以下の反射率を達成し、入射角６０°でも可視全域で１．８％以下と極めて良好な斜入射特性を示すことが分かる。実施例３では、均質部が残存し、中間層が２層構成でも３層構成の場合とほぼ同等の高い反射率性能を実現している。

また、反射防止膜１００は、膜厚がばらついても反射率が大きく悪化しない。図４（ｃ）に、各層が１０％厚くなった場合の反射率特性を示す。各層の物理膜厚は、微細凹凸構造３０が２４３ｎｍ、中間層２０が基板側から２８ｎｍ、２２ｎｍ、６２ｎｍである。１０％厚くなった場合でも反射防止特性に変化はほとんどなく、入射角６０°での性能はむしろ向上している。また、図４（ｄ）に、各層が１０％薄くなった場合の反射率特性を示す。各層の物理膜厚は、微細凹凸構造３０が１９９ｎｍ、中間層２０が基板側から２３ｎｍ、１８ｎｍ、５０ｎｍである。１０％薄くなった場合でも４５°以上の入射角で長波長側(〜７００ｎｍ)での反射率性能が若干高くなっているが、反射防止特性を維持している。
（比較例２）
図１３（ａ）は、特許文献１に記載の反射防止膜としての比較例２の反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。比較例２の計算では、基板や各膜の屈折率分散を考慮していないために、若干の誤差があり、特許文献１に記載の値よりやや高くなっている。垂直入射での反射率は、４５０〜６５０ｎｍの範囲で反射率０．５％以下と、本発明の反射防止膜より高い反射率となっている。

図１３（ｂ）は、各層の厚さがそれぞれ１０％厚くなった場合、すなわち物理膜厚が第１層１６ｎｍ、第２層５６ｎｍ、第３層２８ｎｍ、第４層１５７ｎｍ、第５層１０３ｎｍになった場合の反射率特性を示すグラフである。図１３（ｃ）は、各層の厚さがそれぞれ１０％薄くなった場合、すなわち物理膜厚が第１層１３ｎｍ、第２層４６ｎｍ、第３層２３ｎｍ、第４層１２９ｎｍ、第５層８４ｎｍになった場合の反射率特性を示すグラフである。図１３より、実施例１の方が、膜厚が±１０％変化した場合の反射率特性変動が少なく、膜厚がばらついても反射率特性が大きく悪化しない、つまり膜厚ばらつきに対して許容度が大きいことが分かる。

図５（ａ）は、実施例４の反射防止膜１００の屈折率分布を示すグラフである。また、表４に本実施例の反射防止膜１００の構成を示す。

本実施例の反射防止膜１００は、屈折率が１．８９の基板１０に形成されている。中間層２０は、基板側から物理膜厚２２ｎｍ、ＳｉＯ_２を主成分とし、屈折率１．４６の第１層、物理膜厚２０ｎｍ、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とし、屈折率２．０３の第２層、物理膜厚５６ｎｍ、ＳｉＯ_２を主成分とし、屈折率１．４６の第３層を有する。微細凹凸構造３０は、物理膜厚２６６ｎｍと厚く、光入射側から基板側に向かって屈折率が１から１．４８に連続に変化する。

図５（ｂ）は、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示すグラフである。図５（ｂ）より、可視域全域(波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ)にわたり、高い反射防止性能を発揮していることが分かる。本実施例では微細凹凸構造が厚いため、高入射角での反射防止性能に優れ、入射角６０°で、可視全域の反射率が１．２％以下と極めて良好な特性を示す。

図６（ａ）は、実施例５の反射防止膜１００の屈折率分布を示すグラフである。また、表５に本実施例の反射防止膜１００の構成を示す。

本実施例の反射防止膜１００は、屈折率が２．２０と高い基板１０に形成されている。中間層２０は、基板側から物理膜厚２２ｎｍ、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、屈折率１．６５の第１層、物理膜厚１６ｎｍ、ＴｉＯ_２を主成分とし、屈折率２．３２の第２層、物理膜厚５６ｎｍ、ＳｉＯ_２を主成分とし、屈折率１．４６の第３層を有する。中間層２０の第１層、第２層、第３層の光学膜厚は、それぞれ３６ｎｍ、３７ｎｍ、２０ｎｍである。微細凹凸構造３０は、物理膜厚２２１ｎｍ、光入射側から基板側に向かって屈折率が１から１．５６に連続に変化する。微細凹凸構造３０の下部に均質部が残存している。均質部は屈折率１．５６、物理膜厚３８ｎｍ、光学膜厚５９ｎｍである。均質部の光学膜厚と第３層の光学膜厚の和は７９ｎｍである。

図６（ｂ）は、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示すグラフである。基板の屈折率が２．２と高いにもかかわらず、図６（ｂ）より、可視域全域(波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ)にわたり、高い反射防止性能を発揮していることが分かる。入射角０°〜４５°では、可視域全域で０．２％以下の反射率を達成し、入射角６０°でも可視全域で１．９％以下と極めて良好な斜入射特性を示すことが分かる。

図７（ａ）は、実施例６の反射防止膜１００の屈折率分布を示すグラフである。また、表６に本実施例の反射防止膜１００の構成を示す。

本実施例の反射防止膜１００は、屈折率が１．７５の基板１０に形成されている。中間層２０は、基板側から物理膜厚１８ｎｍ、ＭｇＦ_２を主成分とし、屈折率１．３８の第１層、物理膜厚１５ｎｍ、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とし、屈折率２．０３の第２層、物理膜厚４８ｎｍ、ＳｉＯ_２を主成分とし、屈折率１．４６の第３層を有する。中間層２０の第１層、第２層、第３層の光学膜厚は、それぞれ２５ｎｍ、３１ｎｍ、７０ｎｍである。微細凹凸構造３０は、物理膜厚２１６ｎｍ、光入射側から基板側に向かって屈折率が１から１．４０に連続に変化する。微細凹凸構造３０の下部に均質部が残存している。均質部は屈折率１．４０、物理膜厚４１ｎｍ、光学膜厚７５ｎｍである。均質部の光学膜厚と第３層の光学膜厚の和は１４５ｎｍである。

図７（ｂ）は、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示すグラフである。０°入射では可視域全域（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）にわたり、０．２％以下、４５°入射でも０．５％以下と高い反射防止性能を発揮していることが分かる。

図８（ａ）は、実施例７の反射防止膜１００の屈折率分布を示すグラフである。また、表７に本実施例の反射防止膜１００の構成を示す。

本実施例の反射防止膜１００は、屈折率が１．８９の基板１０に形成されている。第１層は、物理膜厚３２ｎｍ、ＺｒＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の混合物を主成分とし、屈折率１．７８を有する。第２層は、物理膜厚１０ｎｍ、ＺｒＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の混合物を主成分とし、屈折率１．９８を有する。第３層は、物理膜厚３０ｎｍ、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、屈折率１．６３を有する。中間層２０の第１層、第２層、第３層の光学膜厚は、それぞれ５７ｎｍ、２０ｎｍ、４９ｎｍである。微細凹凸構造３０は、物理膜厚２１６ｎｍ、光入射側から基板側に向かって屈折率が１から１．５３に連続に変化する。微細凹凸構造３０の下部に均質部が残存している。均質部は屈折率１．５３、物理膜厚３９ｎｍ、光学膜厚６０ｎｍである。均質部の光学膜厚と第３層の光学膜厚の和は１０９ｎｍである。

図８（ｂ）は、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示すグラフである。図８（ｂ）より、０°入射では可視域全域で０．２％以下、４５°入射でも０．５％以下と高い反射率性能を発揮していることが分かる。

図９（ａ）は、実施例８の反射防止膜１００の屈折率分布を示すグラフである。また、表８に本実施例の反射防止膜１００の構成を示す。

本実施例の反射防止膜１００は、屈折率が２．０１の基板１０に形成されている。中間層２０は、基板側から物理膜厚２３ｎｍ、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、屈折率１．６３の第１層、物理膜厚２３ｎｍ、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とし、屈折率２．０３の第２層、物理膜厚１７ｎｍ、ＭｇＦ_２を主成分とし、屈折率１．３８の第３層を有する。中間層２０の第１層、第２層、第３層の光学膜厚は、それぞれ２４ｎｍ、４７ｎｍ、２４ｎｍである。微細凹凸構造３０は、物理膜厚２１６ｎｍ、光入射側から基板側に向かって屈折率が１から１．５３に連続に変化する。微細凹凸構造３０の下部に均質部が残存している。均質部は屈折率１．５３、物理膜厚３９ｎｍ、光学膜厚６０ｎｍである。均質部の光学膜厚と第３層の光学膜厚の和は８４ｎｍである。

図９（ｂ）は、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示すグラフである。図９（ｂ）より、０°入射では可視域全域で０．２％以下、４５°入射でも０．４％以下と高い反射率性能を発揮していることが分かる。

図１０（ａ）は、実施例９の反射防止膜１００の屈折率分布を示すグラフである。また、表９に本実施例の反射防止膜１００の構成を示す。

本実施例の反射防止膜１００は、屈折率が２．１７の基板１０に形成されている。中間層２０は、基板側から物理膜厚１８ｎｍ、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、屈折率１．６３の第１層、物理膜厚３０ｎｍ、ＺｒＯ_２を主成分とし、屈折率２．０４の第２層、物理膜厚２５ｎｍ、ＳｉＯ_２を主成分とし、屈折率１．４６の第３層を有する。中間層２０の第１層、第２層、第３層の光学膜厚は、それぞれ２９ｎｍ、６１ｎｍ、３７ｎｍである。微細凹凸構造３０は、物理膜厚２２４ｎｍ、光入射側から基板側に向かって屈折率が１から１．５０に連続に変化する。微細凹凸構造３０の下部に均質部が残存している。均質部は屈折率１．５０、物理膜厚３４ｎｍ、光学膜厚５１ｎｍである。均質部の光学膜厚と第３層の光学膜厚の和は８８ｎｍである。

図１０（ｂ）は、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示すグラフである。図１０（ｂ）より、０°入射では可視域全域で０．１％以下、４５°入射でも０．２％以下、６０°入射でも１．７％以下と高い反射率性能を発揮していることが分かる。

図１１は、実施例１０の光学機器（撮像装置）としてのデジタルカメラ２００の斜視図である。デジタルカメラ２００は物体の光学像を形成する撮影光学系を有し、撮影光学系２００は複数のレンズによって構成され、少なくとも１つのレンズに反射防止膜１００が形成されている。そのため、本実施例のデジタルカメラ２００は、フレアやゴーストなどの有害光の発生を抑制した画像が得られ、高品位な光学機器が実現可能である。

また、本実施例では光学機器をデジタルカメラとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく双眼鏡や液晶プロジェクタなどの光学機器でもよい。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は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。

本発明の反射防止膜を有する光学素子は、カメラなどの光学機器に適用することができる。

１０…基板、２０…中間層、３０…微細凹凸構造体、１００…反射防止膜、２００…光学機器

Claims (15)

1. 基板と、該基板の上に形成された反射防止膜と、を有する光学素子であって、
   前記反射防止膜は、前記基板の上に形成された中間層と、該中間層の上に形成され、複数の凸部を有する凹凸層と、を有し、
   前記凹凸層は、前記基板の側から順に、屈折率が一定である均質部と、空気側から前記基板の側に向かって屈折率が連続的に大きくなる凹凸部と、を有し、
   前記中間層は、前記基板に最も近い第１層と、該第１層の上に形成された第２層と、該第２層の上に形成された第３層と、を有し、
   波長５５０ｎｍの光に対する、前記基板の屈折率をｎｓ、前記第１層の屈折率をｎ１、前記第２層の屈折率をｎ２、前記第３層の屈折率をｎ３、前記均質部の屈折率をｎａ、とし、前記第３層の物理膜厚をｄ３（ｎｍ）、前記均質部の物理膜厚をｄａ（ｎｍ）、とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする光学素子。
   １．７５≦ｎｓ≦２．２０
   ｎ１＜ｎ２
   ｎ１＜ｎｓ
   １．３５≦ｎａ≦１．５８
   ７５≦ｎ３ｄ３＋ｎａｄａ≦１３０
2. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
   １．３８≦ｎ３≦１．７０
3. 前記凹凸層の物理膜厚は、１８０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記凹凸部の膜厚方向の位置に対する屈折率変化は、空気側に近い領域の方が前記基板に近い領域よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光学素子。
5. 前記凹凸層の波長５５０ｎｍの光に対する屈折率の最大値は１．３５〜１．５８の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の光学素子。
6. 前記第１層の物理膜厚をｄ１（ｎｍ）、前記第２層の物理膜厚をｄ２（ｎｍ）、とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の光学素子。
   １．３５≦ｎ１≦１．７８
   １．７８≦ｎ２≦２．４０
   ２５≦ｎ１ｄ１≦６５
   １８≦ｎ２ｄ２≦６５
7. ｎ１とｎ２の差は、０．１以上であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の光学素子。
8. ｎ２はｎｓよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の光学素子。
9. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の光学素子。
   ０≦｜ｎ３−ｎａ｜≦０．１
10. 前記凹凸層は、酸化アルミニウムを主成分とする多孔質層であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の光学素子。
11. 前記第１層はＡｌ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の光学素子。
12. 前記第３層はＳｉＯ_２を含むことを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の光学素子。
13. 前記複数の凸部は、使用波長域のうち最も短い波長よりも小さいピッチを有することを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の光学素子。
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１つは請求項１乃至１３のうちいずれか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に記載の光学系を有し、該光学系を介して物体の画像を取得することを特徴とする光学機器。