JP6292830B2 - 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。

従来、蒸着により透明部材の表面に薄膜の誘電体膜を複数層重ねた多層の反射防止膜や蒸着下地層の上に斜め蒸着やスピンコート等の方法でナノ構造膜、多孔質膜を形成することによって更に低反射な反射防止膜が知られている。例えば、特許文献１は、７〜１１層の積層構造による反射防止膜が提案されている。

なお、非特許文献１は光学アドミタンスについて説明している。

特開２０１２−１４１５９４号公報

李 正中著「光学薄膜と成膜技術」アグネ技術センター、２００８年、第１４、３６〜４１、２４９頁

光学系内の迷光等がレンズ表面で反射される場合、その入射角度が６０度以上と非常に大きくなることがある。一般に高入射角度での表面反射率は非常に高くなるが、高入射角度に最適な反射防止膜とした場合は垂直入射近傍の撮影光に対する反射防止性能が著しく低下する。

本発明は、広い入射角度範囲で高い反射防止性能を維持することが可能な反射防止膜を有する光学素子、光学系および光学機器を提供することを例示的な目的とする。

本発明の光学素子は、ｄ線に対して透明な基板と、該基板に形成された反射防止膜と、を有し、前記反射防止膜は、複数の薄膜層を備え、前記複数の薄膜層のうち、前記基板から最も離れた最表層のｄ線に対する屈折率ｎｄは１．２０以上１．３０以下であり、前記最表層の厚さは１１１．５０ｎｍ以上１３５．００ｎｍ以下であり、前記基板のｄ線に対する屈折率は１．６０以上２．００以下であり、前記基板から前記最表層に隣接する薄膜層までを下地層としたとき、該下地層は９層以上の薄膜層を備え、前記下地層のｄ線に対する光学アドミタンスをＹ（θ、λ）とするとき、入射角θが０°以上６０°以下であって波長λが４２０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下である全ての範囲に対してｎｄ−０．１≦√Ｙ（θ、λ）≦ｎｄなる条件を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、広い入射角度範囲で高い反射防止性能を維持することが可能な反射防止膜を有する光学素子、光学系および光学機器を提供することができる。

本実施形態の光学素子の概略断面図である。 薄膜層の等価光学アドミタンスを説明する図である。 本発明の代表的な実施例の分光光学アドミタンスおよび反射率を示す図である。 比較例の分光光学アドミタンスおよび反射率を示す図である。 本発明の分光光学アドミタンスおよび反射率を示す図である。（実施例１） 本発明の反射防止膜の構成概略図である。 本発明の分光光学アドミタンスおよび反射率を示す図である。（実施例２） 本発明の分光光学アドミタンスおよび反射率を示す図である。（実施例３） 本発明の分光光学アドミタンスおよび反射率を示す図である。（実施例３） 比較例２の分光光学アドミタンスおよび反射率を示す図である。 本発明の光学素子の一例を示す構成概略図である。(実施例４)

図１は、本実施形態の光学素子の概略断面図を示す。反射防止膜１００は１０層の薄膜層１〜１０からなり、ｄ線に対して透明な基板１１に形成されたものである。薄膜層１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０は、それぞれ基板側から第１層、第２層、第３層、第４層、第５層、第６層、第７層、第８層、第９層、第１０層である。

薄膜層１，３，５，７は屈折率１．５５〜１．７０を有する中屈折率層であり、薄膜層２，４，６，８は屈折率２．００〜２．４０を有する高屈折率層であり、薄膜層９は屈折率１．４０〜１．５２を有する低屈折率層である。薄膜層１０は薄膜層９の屈折率よりも低い屈折率１．２０〜１．３０を有する。なお、本実施形態における屈折率は、ｄ線に対する屈折率とする。このように、複数の薄膜層は中屈折率層および低屈折率層の少なくとも一方を含む。低屈折率層は、ｄ線に対する屈折率が１．４０〜１．５２であればよい。

このように、反射防止膜１００のうち、基板１１から最も離れた最表層である薄膜層１０と基板１１との間にある薄膜層１〜９は少なくとも高屈折率層と中屈折率層を有する。中屈折率層は、低屈折率層よりも高い屈折率を有し、高屈折率層は、中屈折率層よりも高い屈折率を有する。本実施形態のように、最表層に最も近い高屈折率層と最表層との間に屈折率１．４０〜１．５２を有する低屈折率層が設けられる場合があるが、これは必須ではない。

反射防止膜１００は、可視波長域において、入射角度０°〜６０°に亘って低反射率である。ここで、薄膜層１０の屈折率ｎｄ、入射角度０°〜６０°までの任意の入射角度θ、波長４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの任意の波長λにおける、基板１１から最表層に隣接する薄膜層９までの屈折率および膜厚から求まる下地層の光学アドミタンスＹ（θ，λ）とする。すると、以下の条件式が満足される。

ｎｄ−０．１ ≦√Ｙ（θ、λ）≦ ｎｄ ・・・（１）
任意の入射角度θ、各波長λで数式（１）なる条件を満たすことにより、広い入射角度範囲で低反射な反射防止膜を実現することができる。

非特許文献１によれば、光学アドミタンスは、媒質中の電場と磁場強度の比であり、真空中の値であるＹ０＝√ε０／μ０を単位に取れば媒質の屈折率と等価に扱える量である。また、光学アドミタンスと特性マトリクスを用いることにより、入射媒質、薄膜層、基板で構成される２つの境界面を、等価光学アドミタンスで表現される１つの境界面に帰着させて薄膜計算を行うことができる。

例えば、図２（ａ）に示すように、基板１１と薄膜層１の界面ｒ_０−１、薄膜層１と薄膜層２の界面ｒ_１−２の界面に、光が垂直入射する場合を考える。界面ｒ_０−１での電場、磁場強度をＥｔ，Ｈｔ、界面ｒ_１−２での電場、磁場強度をＥｉ，Ｈｉとし、薄膜層１での位相差δ、薄膜層１の光学アドミタンス（ここでは薄膜層１の屈折率ｎ１と等価）をη_１とすると、次式が成立する。

数式（２）は、基板の光学アドミタンスＹ＝Ｅｔ／Ｈｔ（＝ｎｓ）を用いて次式で表わされる。

Ｙ１＝Ｂ／Ｃとすると、Ｙ１は界面ｒ_０−１、ｒ_１−２と薄膜層１から求まる基板１１と薄膜層１の等価光学アドミタンスとなり、結果として図１（ａ）の構成を図２（ｂ）に示すように、界面ｒ_０−１，ｒ_１−２を等価屈折率Ｙ１の層１２として扱うことができる。この手順を順次繰り返すことにより、最終的には最表層である薄膜層１０が、基板１１から薄膜層９までの層（以下、「下地層」とする）の等価光学アドミタンスＹを有する基板２０上に積層された構造へと薄膜構造を簡易化して表現することができる。

一般に、基板屈折率Ｎの表面に単層反射防止膜を付与する際の、入射媒質が空気の場合における薄膜層の屈折率の最適条件は√Ｎであるため、下地層の等価光学アドミタンスＹと薄膜層の屈折率ｎｄは、ｎｄ＝√Ｙとなるように選択すればよい。

しかし、斜入射光線においては、Ｐ偏光、Ｓ偏光で反射率が変化するように、光学アドミタンスも偏光により変化する。各薄膜層の屈折率をｎｉ（ｉは層番号）、スネルの法則から求まる各薄膜層中を進行する光の屈折角度θｉとすると、Ｐ偏光、Ｓ偏光に対する各層の光学アドミタンスη_ｉｐ，η_ｉｓは次式で表わされる。

Ｐ偏光：η_ｉｐ＝ｎｉ＊ｃｏｓθｉ ・・・（４）
Ｓ偏光：η_ｉｓ＝ｎｉ／ｃｏｓθｉ ・・・（５）
自然光は無偏光光とみなしてよく、斜入射での光学アドミタンスＹはＰ偏光、Ｓ偏光の平均値として扱えばよい。但し、射入射では入射角度による光学アドミタンスη_ｉｐ、η_ｉｓの変化が異なり、特に、Ｓ偏光ではブリュースター角の寄与がなく、入射角度の増大に従って光学アドミタンスが一様に増大する。このため、一般に垂直入射と斜入射、特に高入射角度における反射を同時に抑制することが難しくなる。

積層薄膜の等価光学アドミタンスは、薄膜層の屈折率と厚みにより制御することができる。所定の波長領域、及び入射角度範囲において低反射な反射防止膜を得るためには、薄膜層１への任意の入射角度θ、波長λに対して下地層の等価光学アドミタンスの平方根√Ｙ（θ、λ）が薄膜層１０の屈折率ｎｄに対して所定の範囲内に収まるようにすればよい。より具体的には、θが０°〜６０°の範囲で、可視域である４２０ｎｍ〜６８０ｎｍのある波長λにおいて光学アドミタンスＹがｎｄ以下かつｎｄ−０．１以上、すなわち条件式（１）を満たすことが好ましい。

また、条件式（１）を満たすと同時に薄膜層１０の屈折率ｎｄを１．２０〜１．３０の範囲にする必要がある。薄膜層１０の屈折率を上記範囲に収めることで、製造プロセス上必要な膜強度を確保しつつ高い入射角度までの反射を抑えることができる。最表層の屈折率ｎｄが上記範囲よりも高い場合、斜入射時の光学アドミタンスの最適値√Ｙが増大し、かつ入射角度による光学アドミタンスの変化が増大するために、垂直入射と斜入射での反射率特性を同時に良好に抑えることが難しくなる。反対に、最表層の屈折率が１．２０以下の場合、一般に低屈折率化に伴う膜密度低下（または体積占有率低下）により膜強度が低下してしまい、製造工程における洗浄やハンドリングが困難となるため好ましくない。

薄膜層１０の材料としては、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２のような屈折率の低い材料を用い、さらに低屈折率化のためにナノレベルの空隙を含むような低体積占有率の構造であることが好ましく、主成分がナノサイズの中空微粒子であることがより好ましい。中空微粒子はバインダーを用いて結合することにより膜強度と低屈折率を両立できるだけでなく、中空微粒子内部に含まれる空気（屈折率１．０）と中空微粒子およびバインダーの存在比を調整することで、１．２０〜１．３０までの値を得ることができる。さらに、中空微粒子の内部に空隙があることで、内部空隙への水分や不純物の吸着を防ぐことができる。このため、耐環境性が良くなり、屈折率変化のない安定した特性を得ることができる。このとき中空微粒子の平均粒径は、光散乱抑制のために使用波長域の１／５以下であることが望ましく、可視光の最短波長である４００ｎｍの１／５である８０ｎｍ以下であることが好ましい。

中空微粒子はバインダーにより結合する必要があるため、ゾルゲル法で作製することが好ましい。塗工方法は特に限定されず、ディップコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ロールコート法など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材へ膜厚を均一に成膜できる観点から、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、電気炉などを用いることができる。乾燥条件は、基材に影響を与えず且つ中空粒子内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。

最表層以外の薄膜層１〜９までは、膜密度の安定性と量産性の観点から、真空蒸着法またはスパッタリング法などのドライ成膜であることが好ましい。ドライ成膜で成膜する薄膜層１〜９の材料としては可視波長域で透明な材料であればよく、様々な材料を使用することができる。

薄膜層１０に中空微粒子を用いる場合には、薄膜層１０と隣接する薄膜層９は中空微粒子と同系の材料からなるように構成することが好ましい。例えば、中空シリカ微粒子の場合には薄膜層９はＳｉＯ_２乃至はそれを有する化合物からなる層で構成されることが好ましく、バインダーも同系の材料を用いるとなお良い。同系の材料を用いた構成とすることで、密着性を高めつつ安定して塗工することができる。

薄膜層２、４、６、８は、屈折率２．００〜２．４０程度を有し、反射防止膜１００を構成する層の中で高い屈折率を有する。高屈折率層の材料としては、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、イットリウムの酸化物の単体乃至は混合物を用いることができる。

また、薄膜層９および１０は低屈折率を有し、低屈折率層の材料としてはシリコン酸化物の単体またはそれを含む混合物であることが好ましい。基板１１に最も近い薄膜層１を含む、薄膜層３、５、７は、屈折率１．５５〜１．７０の中程度の屈折率を有する。高屈折率層との繰り返し層として１．４〜１．５の低屈折率ではなく、屈折率１．６０程度の薄膜層を用いることで、リップルの発生を抑制し反射率の安定した膜とすることができる。

中屈折率層の材料としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）またはそれを有する化合物からなる材料であることが好ましい。特に、薄膜層１は、基板保護の観点から酸化アルミナ単体とすることがより好ましい。このように、反射防止膜１００は、少なくとも屈折率および材料の異なる３種類の積層膜であることが好ましい。また、反射防止膜１００を成膜する基板としては、平面、曲面、および任意の屈折率のガラスやプラスチック、樹脂等を用いることができる。

表１は、具体的な膜構成例を示し、図３（ａ）は、表１の膜構成における下地層の光学アドミタンスＹの分光特性、角度特性を示す。横軸は波長（ｎｍ）で４００ｎｍ〜７００ｎｍ、縦軸は光学アドミタンスを表し、線種の違いは入射角度θ：０，１５，３０，４５，６０°を表示している。つまり、図３（ａ）は、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ、入射角度０，１５，３０，４５，６０°での下地層の光学アドミタンス√Ｙを求めた結果を示すグラフである。全ての入射角度、また４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長範囲において条件式（１）である１．１５〜１．２５の範囲（図３（ａ）の細線内）に収まっていることがわかる。図３（ｂ）は、この時の分光反射率を示す。入射角度０°〜６０°まで低反射かつ平坦なプロファイルとなっていることがわかる。なお、図３の横軸と縦軸の説明については、図４以降の同様のグラフにも当てはまる。

表１では、基板のｄ線に対する屈折率は１．５０〜２.００（ここでは、１．８０）であり、第１０層の厚さは、１１０．００ｎｍ〜１３５．００ｎｍ（ここでは、１２８．２１）である。

また、薄膜層１０を除く複数の薄膜層は、基板１１から薄膜層１０にむかって順に、屈折率１．６１の中屈折率層と屈折率２．０９の高屈折率層のペアを一以上含む（ここでは、４つのペア）。最も薄膜層１０に近い高屈折率層である薄膜層８と薄膜層１０の間には屈折率１．４５の低屈折率層である薄膜層９が設けられている。また、複数の高屈折率層の一つである薄膜層６は上下の中屈折率層である薄膜層５、７のいずれよりも厚く、薄膜層１０よりも厚い。

高入射角度による反射防止特性を確保する方法として、設計波長よりも広帯域な反射防止膜とする方法がある。反射防止膜は入射角度が大きくなるにつれて長波長側の反射率が増大するため、設計波長帯域よりも長波長帯域の反射率を低く抑えることで高入射角度でも可視域で低反射特性を維持することができる。

図４（ａ）（ｂ）は、比較例として１０層膜で４００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度まで反射率を抑制した設計例における光学アドミタンスの角度特性と分光反射率角度特性を示すグラフである。表示波長は７００ｎｍまでとする。

図４（ａ）より、比較例の光学アドミタンスは、６０°において条件式（１）の範囲（図４（ａ）の細線内）を超えていることがわかる。図４（ｂ）より、０°〜４５°付近までは７００ｎｍでも良好な低反射特性を示すが、６０°の高入射角では長波長側の反射の増大が生じることがわかる。そのため、例えば、光学装置などでこのような入射角度の迷光が生じ、検出器や撮像素子に到達した場合には赤色のゴーストやフレアとなって検出精度低下や撮像品位の低下につながる可能性がある。一方、反射防止膜１００は６０°もの入射角度でも波長依存性が少なくかつ低反射が維持されるため、高品位の画像を得ることができる。

反射防止膜１００は、図１に示す１０層構成に限定されず、１１層以上または９層以下であってもよいが、光学アドミタンスの変化を広い波長帯域かつ広い入射角度範囲で抑制するためには層数を増やす必要がある。このため、９層以上を備えた積層膜とすることが好ましい。

実施例１の反射防止膜は、屈折率１．５〜２．０を有するガラス基板上に、図１に示す１０層の反射防止膜を表３に示した膜構成および膜厚で成膜した。表の数値は物理膜厚［ｎｍ］を示している。薄膜層１〜９までは真空蒸着法により成膜し、薄膜層１０は、屈折率が１．２５になるように調整した中空ＳｉＯ_２の混合調整液をスピンコーターで塗工後、１時間の焼成により成膜した。

表３では、基板のｄ線に対する屈折率は１．５０〜２.００まで分布している。第１０層の厚さは、１１０．００ｎｍ〜１３５．００ｎｍ（より詳細には、１２２．０１ｎｍ〜１２９．５０ｎｍ）で分布している。

また、薄膜層１０を除く複数の薄膜層は、基板１１から薄膜層１０にむかって順に、屈折率１．６１の中屈折率層と屈折率２．０９の高屈折率層のペアを一以上含む（ここでは、４つのペア）。最も薄膜層１０に近い高屈折率層である薄膜層８と薄膜層１０の間には屈折率１．４５の低屈折率層である薄膜層９が設けられている。また、複数の高屈折率層の一つである薄膜層６は上下の中屈折率層である薄膜層５、７のいずれよりも厚く、実施例１−３〜１−６では、薄膜層１０よりも厚い。

図５（ａ）は、表３を代表して基板屈折率１．６０の実施例１、２における、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ、入射角度０，１５，３０，４５，６０°での下地層の光学アドミタンス√Ｙを求めた結果を示すグラフである。全ての入射角度、また４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長範囲において条件式（１）である１．１５〜１．２５の範囲（図５（ａ）の細線内）に収まっていることがわかる。

図５（ｂ）は、実施例１−２における４００ｎｍ〜７００ｎｍ、各入射角度での分光反射率特性を示すグラフである。入射角度が４５°までは約０．５％、６０°でも２％の反射率に収まっており、かつ長波長側の持ちあがりも少なく可視波長帯域全域で低反射が維持されている。図３（ａ）（ｂ）は、実施例１−４における結果と同一である。

表４は、実施例１−１〜１−６までの各入射角度における４２０ｎｍ〜６８０ｎｍにおける光学アドミタンスの平均値、最大値、最小値、および平均反射率と最大反射率とその差分値を示す。この表から全ての実施例において、光学アドミタンスが条件式１の範囲（１．１５〜１．２５）に収まっており、かつ反射率の変動も０．４％以下に小さく抑えられていることがわかる。

比較例１として条件式（１）を満たさない場合の特性を示す。膜構成は表２、光学アドミタンスおよび分光反射率は図４（ａ）（ｂ）と同様であるため詳細な説明は省略する。表５は、比較例１での各入射角度における４２０ｎｍ〜６８０ｎｍにおける光学アドミタンスの平均値、最大値、最小値、および平均反射率と最大反射率とその差分値を示す。特に６０°の斜入射において長波長側の反射が増大し、平均反射率と最大反射率の差が０．７５％まで広がっている。

以上から、本実施例の反射防止膜は広い入射角度において低反射かつ平坦な波長特性を有する高性能な反射防止膜であるといえる。

実施例２の反射防止膜は、屈折率１．５〜２．０を有するガラス基板上に、図６に示す９層の反射防止膜２００を表６に示した膜構成および膜厚で成膜した。表の数値は物理膜厚［ｎｍ］を示している。薄膜層２１〜２８までは真空蒸着法により成膜し、その後、屈折率が１．２５になるように調整した中空ＳｉＯ_２の混合調整液をスピンコーターで塗工後、１時間焼成することにより、薄膜層２９を成膜した。

表５では、基板のｄ線に対する屈折率は１．５０〜２.００まで分布している。最表層の第９層の厚さは、１１０．００ｎｍ〜１３５．００ｎｍ（より詳細には、１２９．９０ｎｍ〜１３３．６０ｎｍ）で分布している。

また、薄膜層２９を除く複数の薄膜層は、基板３０から薄膜層２９にむかって順に、屈折率１．６１の中屈折率層と屈折率２．０９の高屈折率層のペアを一以上含む（ここでは、４つのペア）。最も薄膜層２９に近い高屈折率層である薄膜層２８は薄膜層２９と接触している。

図７（ａ）は、表６を代表して基板屈折率２．０の実施例２−６における、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ、入射角度０，１５，３０，４５，６０°での下地層の光学アドミタンス√Ｙを求めた結果を示すグラフである。全ての入射角度、また４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長範囲において条件式（１）である１．１５〜１．２５の範囲（図７（ａ）の細線内）に収まっていることがわかる。

図７（ｂ）は、実施例２−６における、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ、各入射角度での分光反射率特性を示すグラフである。入射角度が４５°までは約０．５％、６０°でも２％の反射率に収まっており、かつ長波長側の持ちあがりも少なく可視波長帯域全域で低反射が維持されていることがわかる。

表７は、実施例１−１〜１−６までの各入射角度における４２０ｎｍ〜６８０ｎｍにおける光学アドミタンスの平均値、最大値、最小値、および平均反射率と最大反射率とその差分値を示す。この表〜全ての実施例において、光学アドミタンスが条件式１の範囲（１．１５〜１．２５）に収まっており、かつ反射率の変動も０．４％以下に小さく抑えられていることがわかる。

以上から、本実施例の反射防止膜が広い入射角度において低反射かつフラットな波長特性を有する高性能な反射防止膜であるといえる。

実施例３の反射防止膜は、屈折率１．８０を有するガラス基板上に、図１に示す１０層の反射防止膜を表８に示した膜構成および膜厚で成膜した。表の数値は物理膜厚［ｎｍ］を示している。実施例３では、実施例１と同様に、下地層を９層成膜した後、屈折率が１．２０、１．２３、１．２８、１．３０になるように調整した中空ＳｉＯ_２の混合調整液をスピンコーターで塗工後、１時間の焼成することにより第１０層を成膜した。

表８では、基板のｄ線に対する屈折率は１．８０である。最表層である第１０層の厚さは、１１０．００ｎｍ〜１３５．００ｎｍ（より詳細には、１１１．５０ｎｍ〜１２４．６０ｎｍ）で分布している。

また、薄膜層１０を除く複数の薄膜層は、基板１１から薄膜層１０にむかって順に、屈折率１．６１の中屈折率層と屈折率２．０９の高屈折率層のペアを一以上含む（ここでは、４つのペア）。最も薄膜層１０に近い高屈折率層である薄膜層８と薄膜層１０の間には屈折率１．４５の低屈折率層である薄膜層９が設けられている。実施例３では、薄膜層１０は、複数の薄膜層の中で最も厚い。

図８（ａ）は、表８を代表して第１０層の屈折率が１．２０の実施例３−１における、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ、入射角度０，１５，３０，４５，６０°での下地層の光学アドミタンス√Ｙを求めた結果を示すグラフである。

図８（ａ）、図９（ａ）は、表８を代表して第１０層の屈折率が１．３０の３−４における、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ、入射角度０，１５，３０，４５，６０°での下地層の光学アドミタンス√Ｙを求めた結果を示すグラフである。

全ての入射角度、また４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長範囲において、実施例３−１では１．１０〜１．２０の範囲（図８（ａ）の細線内）、実施例３−４では１．２０〜１．３０の範囲（図９（ａ）の細線内）に収まっている。このため、条件式（１）を満足していることがわかる。

図８（ｂ）および９（ｂ）は、実施例３−１および実施例３−４における、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ、各入射角度での分光反射率特性を示すグラフである。入射角度が４５°までは約０．５％、６０°でも２％の反射率に収まっており、かつ長波長側の持ちあがりも少なく可視波長帯域全域で低反射が維持されていることがわかる。

表８は、実施例３−１〜実施例３−４までの各入射角度における４２０ｎｍ〜６８０ｎｍにおける光学アドミタンスの平均値、最大値、最小値、および平均反射率と最大反射率とその差分値を示す。この表から全ての実施例において、光学アドミタンスが条件式１の範囲に収まっており、かつ反射率の変動も０．４％以下に小さく抑えられていることが判る。

以上から、本実施例の反射防止膜が広い入射角度において低反射かつフラットな波長特性を有する高性能な反射防止膜であるといえる。

表１０は比較例２の膜構成を示す。第１０層の屈折率が１．３２５の場合において同様に検討を行った結果を示す。

図１０（ａ）は、比較例２における波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ、入射角度０，１５，３０，４５，６０°での下地層の光学アドミタンス√Ｙを求めた結果を示すグラフである。

図１０（ｂ）は、比較例２における、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ、各入射角度での分光反射率特性を示すグラフである。

表１１は、比較例２での各入射角度における４２０ｎｍ〜６８０ｎｍにおける光学アドミタンスの平均値、最大値、最小値、および平均反射率と最大反射率とその差分値を示す。比較例２では入射角度６０°での特性が平坦化されているが、平均反射率は３％を超えている。また４３０ｎｍ付近かつ０°入射時における光学アドミタンスが条件式（１）の範囲外（図１０（ａ）の細線外）となっており、その結果、０°入射時において４３０ｎｍ付近での反射率が１％近くまで増大している。

このように最表層の反射率が１．３０を超えると、高入射角における低反射化と波長特性の平坦化を両立することが難しい。反対に第１０層の屈折率が１．２０以下の場合については改めて図示しないが、設計上の特性は確保することができるものの、バインダーが十分でなく膜強度が不足するため好ましくない。

このように、最表層である第１０層の屈折率は１．２０〜１．３０の範囲に収まっていることが好ましい。

図１１は、本発明の反射防止膜を付与した光学素子、およびそれを有する撮像光学系（結像光学系）３００を示す。この撮像光学系３００は、デジタルカメラ、ビデオカメラおよび交換レンズなどの光学機器に用いられる。図１１において、１０３は撮像面であり、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）が配置される。１０２は絞りである。Ｇ１０１〜Ｇ１１１は光学素子としてのレンズである。これらのレンズのうち、少なくとも一面に、本発明の反射防止膜が付与されている。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明の光学素子は、カメラの撮影レンズや液晶プロジェクタの投射レンズに適用することができる。

１０…第１０層（最表層）、１１…基板、１００…反射防止膜

Claims (15)

1. ｄ線に対して透明な基板と、該基板に形成された反射防止膜と、を有し、
   前記反射防止膜は、複数の薄膜層を備え、
   前記複数の薄膜層のうち、前記基板から最も離れた最表層のｄ線に対する屈折率ｎｄは１．２０以上１．３０以下であり、
   前記最表層の厚さは１１１．５０ｎｍ以上１３５．００ｎｍ以下であり、
   前記基板のｄ線に対する屈折率は１．６０以上２．００以下であり、
   前記基板から前記最表層に隣接する薄膜層までを下地層としたとき、該下地層は９層以上の薄膜層を備え、
   前記下地層のｄ線に対する光学アドミタンスをＹ（θ、λ）とするとき、入射角θが０°以上６０°以下であって波長λが４２０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下である全ての範囲に対して
   ｎｄ−０．１≦√Ｙ（θ、λ）≦ｎｄ
   なる条件を満たすことを特徴とする光学素子。
2. 前記最表層はシリカを主成分とし、平均粒径が８０ｎｍ以下の中空微粒子を有する層であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記複数の薄膜層は、ｄ線に対する屈折率が２．００以上２．４０以下である高屈折率層を含む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. 前記高屈折率層は、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、イットリウムの酸化物の単体または混合物からなることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
5. 前記複数の薄膜層は、ｄ線に対する屈折率が１．５５以上１．７０以下である中屈折率層およびｄ線に対する屈折率が１．４０以上１．５２以下である低屈折率層の少なくとも一方を含む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. 前記中屈折率層は、酸化アルミナの単体またはそれを含む混合物からなることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
7. 前記低屈折率層は、シリコン酸化物の単体またはそれを含む混合物からなることを特徴とする請求項５または６に記載の光学素子。
8. 前記最表層は、シリコン酸化物の単体またはそれを含む混合物からなる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. 前記複数の薄膜層のうち前記基板に最も近い層は、Ａｌ_２Ｏ_３の単体またはそれを含む化合物からなる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。
10. 前記複数の薄膜層は、前記基板の側から順に配置されるｄ線に対する屈折率が１．５５以上１．７０以下である中屈折率層とｄ線に対する屈折率が２．００以上２．４０以下である高屈折率層とのペアを一つ以上含み、かつ最も前記最表層に近い前記高屈折率層と前記最表層の間に配置される屈折率が１．４０以上１．５２以下である低屈折率層を含む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. 前記複数の薄膜層は、前記ペアを複数含み、かつ隣接する二つの前記中屈折率層のいずれよりも厚い前記高屈折率層を含むことを特徴とする請求項１０に記載の光学素子。
12. 前記複数の薄膜層は、前記最表層よりも厚い前記高屈折率層を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の光学素子。
13. 前記最表層は、前記複数の薄膜層の中で最も厚い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. 請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載の光学素子を有する光学系。
15. 請求項１４に記載の光学系を有する光学機器。