JP6449999B2 - 反射防止膜、光学素子および光学系 - Google Patents

反射防止膜、光学素子および光学系 Download PDF

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Description

本発明は、反射防止膜、反射防止膜を備えた光学素子およびその光学素子を備えた光学系に関するものである。
従来、ガラスおよびプラスチックなどの透光性部材を用いたレンズ（透明基材）においては、表面反射による透過光の損失を低減するために光入射面に反射防止膜が設けられている。
可視光に対し、非常に低い反射率を示す反射防止膜として、可視光の波長よりも短いピッチの微細凹凸構造や多数の孔が形成されてなるポーラス構造を最上層に備えた構成が知られている(特許文献１および２など)。
微細凹凸構造やポーラス構造などの構造層を低屈折率層として最上層に有する反射防止膜を用いれば可視光域の広い波長帯域において０．２％以下の超低反射率を得ることができる。しかしながら、これらは表面に微細な構造をもつために、機械的強度が小さく、拭き取りなどの外力に非常に弱いという欠点がある。そのため、カメラレンズなどとして用いられる組レンズの最表面（第１レンズ表面および最終レンズ後面）などのユーザが触れる箇所には構造層を備えた超低反射率コートを施すことができなかった。
一方、表面に構造層を備えていない反射防止膜として、誘電体膜の積層体中に銀（Ａｇ）を含有する金属層を含む反射防止膜が特許文献３や特許文献４等に提案されている。
特許文献３には、空気への露出面を有する誘電体層と、誘電体層との界面を有し、少なくともＡｇを含有する金属層と、金属層との界面を有し、１以上の低屈折率層および１以上の高屈折率層を含む積層体とを備え、４６０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長域における反射率が、０．１％以下である光学積層体が開示されている。
また、特許文献４には、基材側から比較的高屈折率な透明膜、銀を含む膜および比較的低屈折率な透明膜の積層体からなる、５５０ｎｍの入射光に対する膜面反射率が０．６％以下である反射防止膜が提案されている。
特開２０１２−１５９７２０号公報 特開２００５−３１６３８６号公報 特開２０１３−２３８７０９号公報 特許第４５６０８８９号公報
しかしながら、特許文献３においては、反射防止膜を形成する基材の屈折率については全く言及されていない。一方、特許文献４では、ソーダライムガラスからなる基材上に反射防止膜を設け０．２％以下の反射率を実現している。
本発明者らは、特許文献３に開示されている光学積層体を形成する基材の屈折率を１．４９〜１．６１まで０．０１刻みで変化させ、各屈折率の基材上に特許文献３の実施例に記載の層構成の反射防止膜を備えた場合について検討した。基材から媒体である空気に露出する層までの層構成は、下記表１に示すものとした。膜厚の最適化および反射率の波長依存性（反射スペクトル）の計算をEssential Macleod(Thin Film Center 社製)を用いて行った。ここで、Ａｇの屈折率については、"Handbook of Optical Constants of Solids. 1985, Academic Press Inc. p. 353"(以下において「参照文献１」とする。)に記載のもの（表中Ａｇ（１）と表記する。）を用いた。
Figure 0006449999
各屈折率ｎ＝１．４９〜１．６１の各反射スペクトルを図１８に示す。
図１８に示すように、基材の屈折率が１．５１〜１．５５の範囲では４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長域における反射率は０．１％以下となっている。一方、基材の屈折率が１．６の場合、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長域における最大の反射率は０．２％であり、屈折率１．６１のときに最大の反射率は０．２％を超えてしまうことが分かった。このことから特許文献３において想定された基材の屈折率は、１．５１〜１．５５程度と考えられる。本発明者らの検討により、特許文献３において開示されている光学積層体の構造では、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲全域に亘って反射率０．２％以下を満たすのは、基材の屈折率が１．６０以下の場合であり、屈折率が１．６１以上の場合４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲全域に亘って反射率０．２％を満たすことはできない。
同様に、引用文献４において、屈折率が１．５１であるソーダライムガラスに代えて、より屈折率の高い基材、例えば、屈折率１．５９の基材に対して特許文献４に記載の構造の反射防止膜を備えると、大幅に反射率が上昇し０．２％以下の超低反射率を得ることはできない。
一方、カメラレンズの第１レンズは一般に高パワーを必要とするため屈折率１．６１以上の高屈折率硝材が用いられる場合が多く、反射防止膜としては、このような高屈折率を有する基材の表面において４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長域全域に亘って反射率０．２％以下を満たす性能が望まれる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長域全域に亘って反射率０．２％以下を満たし、かつ、機械強度の高い反射防止膜、反射防止膜を備えた光学素子、およびその光学素子を備えた光学系を提供することを目的とするものである。
本発明の第１の反射防止膜は、空気への露出面を有する、屈折率１．３５以上１．５１以下の誘電体層と、
誘電体層との界面を有し、銀（Ａｇ）を含有する厚み５ｎｍ以下の金属層と、
金属層との界面を有し、相対的に高い屈折率を有する高屈折率層と相対的に低い屈折率を有する低屈折率層とが交互に計４層以上積層された積層体からなる中間層とを備え、
屈折率が１．６１以上の基材上に中間層側から積層される反射防止膜である。
なお、本明細書において、屈折率は波長５００ｎｍの光に対する屈折率で示している。
ここで「銀を含有する」とは、金属層中において銀を８５原子％以上含むこととする。
本発明の第１の反射防止膜においては、上記の誘電体層が、酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）からなることが好ましい。
本発明の第２の反射防止膜は、空気への露出面を有する、ＭｇＦ２からなる誘電体層と、
誘電体層との界面を有し、Ａｇを含有する厚み５ｎｍ以下の金属層と、
金属層との界面を有し、相対的に高い屈折率を有する高屈折率層と相対的に低い屈折率を有する低屈折率層とが交互に計３層以上積層された積層体からなる中間層とを備え、
屈折率が１．６１以上１．７４以下の基材上に中間層側から積層される反射防止膜である。
本発明の第３の反射防止膜は、空気への露出面を有する、ＭｇＦ２からなる誘電体層と、
誘電体層との界面を有し、Ａｇを含有する厚み５ｎｍ以下の金属層と、
金属層との界面を有し、相対的に高い屈折率を有する高屈折率層と相対的に低い屈折率を有する低屈折率層とが交互に計２層以上積層された積層体からなる中間層とを備え、
屈折率が１．６１以上１．６６以下の基材上に中間層側から積層される反射防止膜である。
ここで、「相対的に高い屈折率を有する」、「相対的に低い屈折率を有する」とは、高屈折率層と低屈折率層との間の関係をいうものであり、高屈折率層が低屈折率層よりも高い屈折率を有する、すなわち、低屈折率層が高屈折率層よりも低い屈折率を有することを意味する。
なお、本発明の第１〜第３の各反射防止膜においては、上記高屈折率層が、基材の屈折率よりも高い屈折率を有する層であり、上記低屈折率層が、基材の屈折率よりも低い屈折率を有する層であることが好ましい。
本発明の第１〜第３の各反射防止膜においては、中間層を構成する積層体が１６層以下であることが好ましい。より好ましくは８層以下である。
本発明の第１〜第３の各反射防止膜においては、金属層は、銀以外の少なくとも１種以上の金属元素を含有する銀合金からなることが好ましい。
本発明の第１〜第３の各反射防止膜においては、金属層と中間層との間に、銀以外の金属元素からなるアンカー層を備えることが好ましい。
本発明の光学素子は、上記本発明の反射防止膜を基材上に備えてなるものである。
本発明の光学系は、上記本発明の光学素子の反射防止膜が最表面に配置されてなる組レンズを備えたものである。
ここで、最表面とは、複数のレンズからなる組レンズの両端に配置されるレンズの一面であって、組レンズの両端面となる面をいう。
本発明の第１の反射防止膜の構成であれば、屈折率が１．６１以上の基材上に積層された場合にも、少なくとも４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長域の光に対して反射率０．２％以下を実現することができる。
本発明の第２の反射防止膜の構成であれば、屈折率が１．６１以上１．７４以下の基材上に積層された場合にも、少なくとも４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長域の光に対して反射率０．２％以下を実現することができる。
本発明の第３の反射防止膜の構成であれば、屈折率が１．６１以上１．６６以下の基材上に積層された場合にも、少なくとも４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長域の光に対して反射率０．２％以下を実現することができる。
なお、本明細書において、反射率はいずれも反射防止膜の表面に垂直に（入射角度０°で）入射した場合の反射率である。
本発明の反射防止膜は、いずれも凹凸構造やポーラス構造を有していないため、機械強度が高く、光学部材のユーザの手が触れる面への適用も可能である。また、凹凸構造やポーラス構造は屈折率揺らぎが存在するために散乱が存在するが、本発明の反射防止膜では屈折率揺らぎがほとんどないため散乱がほとんど存在しない。カメラレンズにおいて散乱はフレアを生じさせることとなり画像のコントラストを低下させるため、散乱が少ないことは大きなメリットである。
本発明の第１の実施形態に係る反射防止膜を備えた光学素子の概略構成を示す断面模式図である。 第１の実施形態に係る反射防止膜の設計変更例を示す断面模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る反射防止膜を備えた光学素子の概略構成を示す断面模式図である。 第２の実施形態に係る反射防止膜の設計変更例を示す断面模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る反射防止膜を備えた光学素子の概略構成を示す断面模式図である。 第３の実施形態に係る反射防止膜の設計変更例を示す断面模式図である。 本発明の光学素子を備えた組レンズからなる光学系の構成を示す図である。 実施例１の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 実施例２の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 実施例３の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 実施例４の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 実施例５の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 実施例６の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 実施例７の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 実施例８の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 実施例９の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 実施例１０の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 実施例１１の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 実施例１２の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 実施例１３の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 比較例１の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 比較例２の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 比較例３の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 比較例４の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 比較例５の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 比較例６の反射防止膜の反射率の波長依存性を示す図である。 誘電体層がＭｇＦ２である実施例および比較例を、基材の屈折率と中間層積層数でマッピングした図である。 誘電体層がＳｉＯ２である実施例および比較例を、基材の屈折率と中間層積層数でマッピングした図である。 作成例１の銀膜、作成例２の銀合金膜の反射スペクトルおよびシミュレーションにより得られた銀膜の反射スペクトルを示す図である。 作成例１の銀膜の走査型電子顕微鏡像である。 作成例１の銀膜の原子間力顕微鏡像である。 作成例２の銀合金膜の走査型電子顕微鏡像である。 作成例２の銀合金膜の原子間力顕微鏡像である。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る反射防止膜１を備えた光学素子１０の概略構成を示す断面模式図である。図１Ａに示すように、本実施形態の反射防止膜１は、空気への露出面を有する、屈折率１．３５以上１．５１以下の誘電体層５と、誘電体層５との界面を有し、Ａｇを含有する厚み５ｎｍ以下の金属層４と、金属層４との界面を有し、相対的に高い屈折率を有する高屈折率層１１と相対的に低い屈折率を有する低屈折率層１２とが交互に計４層以上積層された積層体からなる中間層３とを備えてなり、屈折率が１．６１以上の基材２上に中間層３側から積層されてなる。そして、光学素子１０は、屈折率が１．６１以上である基材２と、その表面に形成された反射防止膜１とからなる。
本発明の反射すべき光は、用途によって異なるが、一般的には可視光領域の光であり、必要に応じて赤外線領域の光の場合もある。本実施形態においては、主として可視光領域の光を対象とし、本実施形態の構成により、少なくとも４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長域の光に対して０．２％以下の反射率を達成することができる。
基材２の形状は特に限定なく、平板、凹レンズまたは凸レンズなど、主として光学装置において用いられる透明な光学部材であり、正または負の曲率を有する曲面と平面の組合せで構成された基材であってもよい。基材２の材料としては、ガラスやプラスチックなどを用いることができる。ここで、「透明」とは、光学部材において反射防止したい光（反射防止対象光）の波長に対して透明である（内部透過率が１０％以上）であることを意味する。
基材２の屈折率は、１．６１以上であればよいが、１．７４以上、さらには１．８４以上のものであってもよい。基材２としては、例えば、カメラの組レンズの第１レンズなどの高パワーレンズであってもよい。
中間層３は、高屈折率層１１と低屈折率層１２とが交互に積層していればよく、図１Ａのａに示すように基材２側から低屈折率層１２、高屈折率層１１の順に積層されていてもよいし、図１Ａのｂに示すように基材２側から高屈折率層１１、低屈折率層１２の順に積層されていてもよい。また、中間層３は４層以上であればよいが、１６層以下とすることがコスト抑制の観点から好ましい。
高屈折率層１１は低屈折率層１２の屈折率に対して高い屈折率を有するものであり、低屈折率層１２は高屈折率層１１の屈折率に対して低い屈折率を有するものであればよいが、高屈折率層１１の屈折率が基材２の屈折率よりも高く、低屈折率層１２の屈折率が基材２の屈折率よりも低いものであることがより好ましい。
高屈折率層１１同士、または低屈折率層１２同士は、同一の屈折率でなくても構わないが、同一材料で同一屈折率とすれば、材料コストおよび成膜コスト等を抑制する観点から好ましい。
低屈折率層１２を構成する材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、フッ化ランタン（ＬａＦ３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化ナトリウムアルミニウム（Ｎａ３ＡｌＦ６）などが挙げられる。
高屈折率層１１を構成する材料としては、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）および酸化シリコンニオブ（ＳｉＮｂＯ）などが挙げられる。
いずれの化合物も化学量論比の組成比からずれた構成元素比となるように制御したり、成膜密度を制御したりして成膜することにより、屈折率をある程度変化させることができる。
中間層３の各層の成膜には、真空蒸着、プラズマスパッタ、電子サイクロトロンスパッタおよびイオンプレーティングなどの気相成膜法を用いることが好ましい。気相成膜によれば多様な屈折率および層厚の積層構造を容易に形成することができる。
金属層４は、構成元素の８５原子％以上を銀からなるものとする。銀以外にパラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ビスマス（Ｂｉ）および白金（Ｐｔ）のうちの少なくとも１種を含有することが好ましい。金属層４を構成する材料としては、具体的には、例えば、Ａｇ−Ｎｄ−Ｃｕ合金、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金あるいはＡｇ−Ｂｉ−Ｎｄ合金などが好適である。純銀を用いて形成した薄膜は、粒状に成長する場合があり、Ａｇ中にＮｄ，Ｃｕ，Ｂｉおよび／またはＰｄなどを数％程度含む膜を形成することにより、より平滑性の高い薄膜を形成しやすい。金属層４中の銀以外の金属元素の含有率は１５原子％未満であればよいが、５％以下が好ましく、さらには２％以下がより好ましい。なお、この場合の含有率は、２種類以上の銀以外の金属元素を含む場合、２種以上の金属元素の合計での含有率を指すものとする。
金属層４の膜厚は５ｎｍ以下であればよいが、２．０ｎｍ以上であることがより好ましい。さらには、２．５ｎｍ以上が好ましく、３ｎｍ以上が特に好ましい。
Ａｇを含む金属層４の形成においても、真空蒸着、プラズマスパッタ、電子サイクロトロンスパッタおよびイオンプレーティングなどの気相成膜法を用いることが好ましい。
誘電体層５は、屈折率が１．３５以上１．５１以下であれば特に構成材料は限定されない。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）およびフッ化ナトリウムアルミニウム（Ｎａ３ＡｌＦ６）などが挙げられ、特に好ましいのは、ＳｉＯ２あるいはＭｇＦ２である。いずれの化合物も化学量論比の組成比からずれた構成元素比となるように制御したり、成膜密度を制御したりして成膜することにより、屈折率をある程度変化させることができる。
誘電体層５の厚みは対象とする波長をλ、誘電体層の屈折率をｎとしたとき、λ／４ｎ程度であることが好ましい。具体的には７０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。
図１Ｂに、上記第１の実施形態に係る反射防止膜１の設計変更例を説明するための断面図を示す。
図１Ｂに示す光学素子１０Ｂの反射防止膜１Ｂは、反射防止膜１における中間層３とＡｇを含む金属層４との間にアンカー層６を備えている。既述の通り、純銀を用いて形成した薄膜は、平滑な膜では無く粒状に成長する場合がある。アンカー層を形成後、その上に銀を含む膜を形成することにより、粒状化を抑制し、平滑性の高い薄膜を形成することができる。既述の通り、銀以外の金属元素を含む金属層は、純銀を用いて形成した膜と比較して平滑性が高く、そのような金属層をアンカー層上に形成することにより、より高い平滑性を得ることができる。アンカー層としては、銀以外の金属膜を用いることが好ましい。アンカー層を構成する材料として具体的には、ゲルマニウム、チタン、クロム、ニオブ、モリブデンなどが好適である。アンカー層の厚みとしては特に制限はないが、特に０．２ｎｍ〜２ｎｍとすることが好ましい。０．２ｎｍ以上であればその上に形成される金属層の粒状化を十分に抑制することができる。また２ｎｍ以下であればアンカー層自体による入射光の吸収を抑制することができるので、反射防止膜の透過率の低下を抑制することができる。
図２Ａは、本発明の第２の実施形態に係る反射防止膜２１を備えた光学素子２０の概略構成を示す断面模式図である。図１Ａに示した第１の実施形態と同等の要素には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。以下の図面において同様とする。
図２Ａに示すように、本実施形態の反射防止膜２１は、空気への露出面を有する、ＭｇＦ２からなる誘電体層２５と、誘電体層２５との界面を有し、Ａｇを含有する厚み５ｎｍ以下の金属層４と、金属層４との界面を有し、相対的に高い屈折率を有する高屈折率層１１と相対的に低い屈折率を有する低屈折率層１２とが交互に計３層以上積層された積層体からなる中間層２３とを備えてなり、屈折率が１．６１以上１．７４以下の基材２２上に中間層２３側から積層されてなる。そして、光学素子２０は、屈折率が１．６１以上１．７４以下の基材２２と、その表面に形成された反射防止膜２１とからなる。
本実施形態の反射防止膜２１は、第１の実施形態の反射防止膜１とは異なり、誘電体層２５はＭｇＦ２に限定されるが、中間層２３は３層構造であってもよい。但し、本実施形態の反射防止膜２１を形成する基材２２の屈折率は１．７４以下である。
中間層２３は、高屈折率層１１と低屈折率層１２とが交互に積層していればよく、図２Ａのａに示すように基材２２側から低屈折率層１２、高屈折率層１１の順に積層されていてもよいし、図２Ａのｂに示すように基材２２側から高屈折率層１１、低屈折率層１２の順に積層されていてもよい。また、中間層２３は３層以上であればよいが、１６層以下とすることがコスト抑制の観点から好ましい。
屈折率が１．６１以上１．７４以下の基材２２上に配置された本実施形態の反射防止膜２１により、少なくとも４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長域の光に対して０．２％以下の反射率を達成することができる。
なお、上記第２の実施形態に係る反射防止膜２１についても、図２Ｂに設計変更例を示す通り、中間層２３とＡｇを含む金属層４との間にアンカー層６を備えた構成の反射防止膜２１Ｂとすることが好ましい。アンカー層の詳細は、第１の実施形態の設計変更例において説明した通りである。
図３Ａは、本発明の第３の実施形態に係る反射防止膜３１を備えた光学素子３０の概略構成を示す断面模式図である。
図３Ａに示すように、本実施形態の反射防止膜３１は、空気への露出面を有する、ＭｇＦ２からなる誘電体層２５と、誘電体層２５との界面を有し、Ａｇを含有する厚み５ｎｍ以下の金属層４と、金属層４との界面を有し、相対的に高い屈折率を有する高屈折率層１１と相対的に低い屈折率を有する低屈折率層１２とが交互に計２層以上積層された積層体からなる中間層３３とを備えてなり、屈折率が１．６１以上１．６６以下の基材３２上に中間層３３側から積層されてなる。そして、光学素子３０は、屈折率が１．６１以上１．６６以下の基材３２と、その表面に形成された反射防止膜３１とからなる。
本実施形態の反射防止膜３１は、第２の実施形態の反射防止膜２１と同様に、誘電体層２５はＭｇＦ２に限定されるが、中間層３３は２層構造であってもよい。但し、本実施形態の反射防止膜３１を形成する基材３２の屈折率は１．６６以下である。
中間層３３は、高屈折率層１１と低屈折率層１２とが交互に積層していればよく、図３Ａのａに示すように基材３２側から低屈折率層１２、高屈折率層１１の順に積層されていてもよいし、図３Ａのｂに示すように基材３２側から高屈折率層１１、低屈折率層１２の順に積層されていてもよい。また、中間層３３は２層以上であればよいが、１６層以下とすることがコスト抑制の観点から好ましい。
屈折率が１．６１以上１．６６以下の基材３２上に配置された本実施形態の反射防止膜３１により、少なくとも４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長域の光に対して０．２％以下の反射率を達成することができる。
なお、上記第３の実施形態に係る反射防止膜３１についても、図３Ｂに設計変更例を示す通り、中間層３３とＡｇを含む金属層４との間にアンカー層６を備えた構成の反射防止膜３１Ｂとすることが好ましい。アンカー層の詳細は、第１の実施形態の設計変更例において説明した通りである。
本発明の反射防止膜は種々の光学部材の表面に適用することができる。高屈折率のレンズ表面への適用が可能であるため、例えば、特開２０１１−１８６４１７号公報等に記載の公知のズームレンズの最表面に好適である。
上述した第１の実施形態の反射防止膜１を備えた組レンズからなる光学系の実施形態を説明する。
図４のＡ，Ｂ，Ｃは、本発明の光学系の一実施形態であるズームレンズの構成例を示している。図４のＡは広角端（最短焦点距離状態）での光学系配置、図４のＢは中間域（中間焦点距離状態）での光学系配置、図４のＣは望遠端（最長焦点距離状態）での光学系配置に対応している。
このズームレンズは、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４と、第５レンズ群Ｇ５とを備えている。光学的な開口絞りＳ１は、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間で、第３レンズ群Ｇ３の物体側近傍に配設されていることが好ましい。各レンズ群Ｇ１〜Ｇ５は１枚または複数のレンズＬijを備えている。符合Ｌijは第ｉレンズ群中の最も物体側のレンズを１番目として結像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｊ番目のレンズを示す。
このズームレンズは、例えばビデオカメラ、およびデジタルスチルカメラ等の撮影機器のほか、情報携帯端末にも搭載可能である。このズームレンズの像側には、搭載されるカメラの撮影部の構成に応じた部材が配置される。例えば、このズームレンズの結像面（撮像面）には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子１００が配置される。最終レンズ群（第５レンズ群Ｇ５）と撮像素子１００との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材ＧＣが配置されていても良い。
このズームレンズは、少なくとも第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、および第４レンズ群Ｇ４を光軸Ｚ１に沿って移動させて、各群間隔を変化させることにより変倍を行うようになされている。また第４レンズ群Ｇ４を合焦時に移動させるようにしても良い。第５レンズ群Ｇ５は、変倍および合焦の際に常時固定であることが好ましい。開口絞りＳ１は、例えば第３レンズ群Ｇ３と共に移動するようになっている。より詳しくは、広角端から中間域へ、さらに望遠端へと変倍させるに従い、各レンズ群および開口絞りＳｔは、例えば図４のＡの状態から図４のＢの状態へ、さらに図４のＣの状態へと、図に実線で示した軌跡を描くように移動する。
このズームレンズの最表面は、第１レンズ群Ｇ１のレンズＬ１１の外側面（物体側面）および最終レンズ群である第５レンズ群Ｇ５のレンズＬ５１に反射防止膜１が備えられている。なお、他のレンズ面にも同様に反射防止膜１を備えていてもよい。
本実施形態の反射防止膜１は機械的強度が大きいので、ユーザが触れる可能性のあるズームレンズの最表面に備えることができ、非常に反射防止性能の高いズームレンズを構成することができる。
また、微細凹凸構造を備えた反射防止膜においては、凹凸構造ゆえに屈折率揺らぎが存在し、その屈折率揺らぎにより散乱が生じる恐れがあるが、凹凸構造を有していない本発明の反射防止膜は屈折率揺らぎがほとんど存在しないため、散乱もほとんど生じない。カメラレンズにおける反射防止膜において、散乱はフレアを発生し画像のコントラストを低下させることから、本発明の反射防止膜を備えることにより散乱を抑制し、結果として画像のコントラストの低下を抑制することができる。
以下、本発明の実施例および比較例を説明する。Essential Macleod(Thin Film Center 社製)を用いて膜厚を最適化し、反射率の波長依存性のシミュレーションを行った。
[実施例１−１、１−２]
基材から媒体である空気までの層構成は表２に示す通りとした。
基材の屈折率を１．６１とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層の２層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＭｇＦ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。なお以下の表において、基材材料１．６１とは、１．６１の屈折率を有する材料である事を意味する。
実施例１−１においては、Ａｇの屈折率として、"Optical constants of metals, in American Institute of Physics Handbook, McGraw Hill Book Company: New York and London. p. 6.124-6.156"（以下において「参照文献２」とする。）に記載のものを用いた。一方、実施例１−２においては、Ａｇの屈折率として、既述の参照文献１に記載のものを用いた。
Figure 0006449999
本実施例１−１、１−２の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図５に示す。図５に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、良好な反射防止特性が得られた。
また、図５に示すように、Ａｇとして、参照文献１および参照文献２に記載の屈折率のどちらを用いた場合でも、同様の反射防止特性が得られることがわかった。
以降の実施例、比較例においては、特に記載が無い限り、参照文献２に記載のＡｇの屈折率を用いて計算を行った。
[実施例２]
基材から媒体である空気までの層構成は表３に示す通りとした。
基材をＳ−ＮＢＨ５（オハラ社製）とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層の２層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＭｇＦ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本実施例２の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図６に示す。図６に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７８０ｎｍの広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、良好な反射防止特性が得られた。
[実施例３]
基材から媒体である空気までの層構成は表４に示す通りとした。
基材をＳ−ＬＡＬ１８（オハラ社製）とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を交互に積層した３層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＭｇＦ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本実施例３の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図７に示す。図７に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７８０ｎｍの広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、良好な反射防止特性が得られた。
[実施例４]
基材から媒体である空気までの層構成は表５に示す通りとした。
基材をＦＤＳ９０（ＨＯＹＡ社製）とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を交互に積層した４層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＭｇＦ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本実施例４の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図８に示す。図８に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７８０ｎｍの広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、良好な反射防止特性が得られた。
[実施例５]
基材から媒体である空気までの層構成は表６に示す通りとした。
基材をＬ−ＢＢＨ１（オハラ社製）とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を交互に積層した４層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＭｇＦ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本実施例５の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図９に示す。図９に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７８０ｎｍの広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、良好な反射防止特性が得られた。
[実施例６]
基材から媒体である空気までの層構成は表７に示す通りとした。
基材をＦＤＳ９０とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を交互に積層した４層構造（実施例６−１）、５層構造（実施例６−２）、６層構造（実施例６−３）、７層構造（実施例６−４）、８層構造（実施例６−５）、１２層構造（実施例６−６）および１６層構造（実施例６−７）とし、金属層はＡｇ、誘電体層はＭｇＦ２として反射率が最小となるように各例について膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本実施例６の各反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図１０に示す。凡例に示す各実施例後尾のカッコ内数値は中間層の総数である。図１０に示す通り、実施例６−１および６−２の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７８０ｎｍの広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、実施例６−３、６−４、６−５、６−６および６−７の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍのさらに広い帯域に亘って反射率０．２％以下、波長４００ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲では反射率０．１％以下であり、非常に良好な反射防止特性が得られた。
[実施例７]
基材から媒体である空気までの層構成は表８に示す通りとした。
基材の屈折率を１．６１とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を交互に積層した４層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＳｉＯ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本実施例７の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図１１に示す。図１１に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７８０ｎｍの広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、良好な反射防止特性が得られた。
[実施例８]
基材から媒体である空気までの層構成は表９に示す通りとした。
基材をＳ−ＬＡＬ１８とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を交互に積層した４層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＳｉＯ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本実施例８の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図１２に示す。図１２に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７７０ｎｍの広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、良好な反射防止特性が得られた。
[実施例９]
基材から媒体である空気までの層構成は表１０に示す通りとした。
基材をＦＤＳ９０とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を交互に積層した４層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＳｉＯ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本実施例９の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図１３に示す。図１３に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７７０ｎｍの広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、良好な反射防止特性が得られた。
[実施例１０]
基材から媒体である空気までの層構成は表１１に示す通りとした。
基材をＬ−ＢＢＨ１とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を交互に積層した４層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＳｉＯ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本実施例１０の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図１４に示す。図１４に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７６０ｎｍの広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、良好な反射防止特性が得られた。
[実施例１１]
基材から媒体である空気までの層構成は表１２に示す通りとした。
基材をＦＤＳ９０とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を交互に積層した４層構造（実施例１１−１）、５層構造（実施例１１−２）、６層構造（実施例１１−３）、７層構造（実施例１１−４）、８層構造（実施例１１−５）、１２層構造（実施例１１−６）および１６層構造(実施例１１−７)とし、金属層はＡｇ、誘電体層はＳｉＯ２として反射率が最小となるように各例について膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本実施例１１の各反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図１５に示す。図１５に示す通り、実施例１１−１および１１−２の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７６０ｎｍの広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、実施例１１−３、１１−４および１１−５の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７８０ｎｍのより広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、特に、実施例１１−４および１１−５の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７８０ｎｍに亘って反射率０．１５％以下である。また、さらに、実施例１１−６および１１−７は、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍのさらに広い帯域に亘って反射率０．１５％以下であり、いずれも良好な反射防止特性が得られた。
[実施例１２]
基材から媒体である空気までの層構成は表１３に示す通りとした。
基材をＬ−ＢＢＨ１とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を交互に積層した４層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＳｉＯＮとし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本実施例１２の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図１６に示す。図１６に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７２０ｎｍの帯域に亘って反射率０．２％以下であり、良好な反射防止特性が得られた。
[実施例１３]
基材から媒体である空気までの層構成は表１４に示す通りとした。
基材をＬ−ＢＢＨ１とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を交互に積層した４層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＮａ３ＡｌＦ６とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本実施例１３の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図１７に示す。図１７に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４００ｎｍ〜７９０ｎｍの広い帯域に亘って反射率０．２％以下であり、波長４００ｎｍ〜７６０ｎｍの帯域では反射率０．１％以下と非常に良好な反射防止特性が得られた。
[比較例１]
基材から媒体である空気までの層構成は表１５に示す通りとした。
基材の屈折率を１．６１とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４７９のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．２９１のＴｉＯ２層の２層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＳｉＯ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。Ａｇの屈折率については、参照文献１に記載のものを用いた。
Figure 0006449999
本比較例１の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果は、図１８のｎ＝１．６１に相当する。図１８に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４６０ｎｍ〜４８０ｎｍにおいて反射率０．２％を超える領域が生じており、可視光域において所望の反射防止特性が得られなかった。
[比較例２]
基材から媒体である空気までの層構成は表１６に示す通りとした。
基材の屈折率を１．６１とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を積層した２層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＳｉＯ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本比較例２の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図１９に示す。図１９に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４４０ｎｍ〜６７０ｎｍにおいて反射率０．２％を超える領域が生じており、可視光域において所望の反射防止特性が得られなかった。
[比較例３]
基材から媒体である空気までの層構成は表１７に示す通りとした。
基材をＳ−ＬＡＬ１８とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を積層した２層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＭｇＦ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本比較例３の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図２０に示す。図２０に示す通り、本例の反射防止膜は、可視光域において所望の反射防止特性が得られなかった。
[比較例４]
基材から媒体である空気までの層構成は表１８に示す通りとした。
基材をＦＤＳ９０とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を交互に積層した３層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＭｇＦ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本比較例４の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図２１に示す。図２１に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４８０ｎｍ〜５４０ｎｍにおいて反射率０．２％を超える領域が生じており、可視光域において所望の反射防止特性が得られなかった。
[比較例５]
基材から媒体である空気までの層構成は表１９に示す通りとした。
基材の屈折率を１．６１とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を積層した２層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＳｉＯ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
本比較例５の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図２２に示す。図２２に示す通り、本例の反射防止膜は、波長４６０ｎｍ〜５７０ｎｍにおいて反射率０．２％を超える領域が生じており、可視光域において所望の反射防止特性が得られなかった。
[比較例６]
基材から媒体である空気までの層構成は表２０に示す通りとした。
基材の屈折率を１．６１とし、中間層は低屈折率層として屈折率１．４６２３５のＳｉＯ２層、高屈折率層として屈折率２．３９５５のＮｂ２Ｏ５層を積層した２層構造とし、金属層をＡｇ、誘電体層をＳｉＯ２とし、反射率が最小となるように膜厚の最適化を行った。
Figure 0006449999
 本比較例６の反射防止膜に対して、入射角度０°（表面に対して垂直に入射）で入射した光に対する反射率をシミュレートした結果を図２３に示す。図２３に示す通り、本例の反射防止膜は、可視光域において所望の反射防止特性が得られなかった。
表２１に、実施例１〜１３および比較例１〜６についての主要構成および反射防止特性評価を纏めて示す。
反射防止特性評価は、波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの全域に亘って反射率０．２％以下を達成していれば可（ＯＫ）、反射率０．２％を超える領域があれば不可（ＮＧ）とした。
Figure 0006449999
図２４は、上記実施例および比較例のうち、誘電体層がＭｇＦ２、かつ金属層の厚み５ｎｍ以下を満たす実施例を○、比較例を×として、縦軸を基材の屈折率、横軸を中間層積層数としたグラフ中にマッピングしたものである。
図２４に示すように、誘電体層がＭｇＦ２の場合、基材の屈折率が１．６１以上１．６６以下のとき、中間層積層数が２以上で反射防止特性が良好な反射防止膜を得ることができる。また、基材の屈折率が１．６１以上１．７４以下のとき、中間層積層数が３以上で反射防止特性が良好な反射防止膜を得ることができる。さらに中間層積層数が４以上であれば、屈折率１．６１以上の基材上において、良好な反射防止特性を示す反射防止膜を得ることができることが明らかである。すなわち、誘電体層がＭｇＦ２、かつ金属層の厚みが５ｎｍ以下のとき、図２４において斜線領域で示す基材の屈折率および中間層積層数を組合せて反射防止膜を構成することにより、良好な反射防止性能を得ることができることが分かった。
図２５は、上記実施例および比較例のうち、誘電体層がＳｉＯ２、かつ金属層の厚み５ｎｍ以下を満たす実施例を○、比較例を×として、縦軸を基材の屈折率、横軸を中間層積層数としたグラフ中にマッピングしたものである。
図２５に示すように、誘電体層がＳｉＯ２である場合、中間層積層数が４未満であるとき、屈折率１．６１の基材上であっても良好な反射防止特性が得られず、中間層積層数を４以上とであれば、屈折率１．６１以上の基材上において、良好な反射防止特性を示す反射防止膜を得ることができた。すなわち、誘電体層がＳｉＯ２、かつ金属層の厚みが５ｎｍ以下のとき、図２５において斜線領域で示す基材の屈折率および中間層積層数を組合せて反射防止膜を構成することにより、良好な反射防止性能を得ることができることが分かった。
[光学系]
本発明の光学系の実施例として、特開２０１１−１８６４１７号公報の実施例1に記載の、図４に示す構成のズームレンズを組み立てた。特開２０１１−１８６４１７号公報の実施例1に記載のレンズデータ、及び各面での反射率を用いて、Zemax, LLC社製の光線追跡ソフトウェアZemaxを用い、撮像素子面において発生するゴーストを解析したところ、全ての面で銀を含有する金属層を備えていない誘電体多層膜による反射防止膜を設けた場合と比べて、上記実施例１の反射防止膜を、組レンズの最表面となる第１レンズ群Ｇ１のレンズＬ１１の図４中左側面に設け、その面以外の光学面には銀を含有する金属層を備えていない誘電体多層膜による反射防止膜を設けた場合には、反射率が低いためにゴーストレベルを抑圧出来ることが分かった。
[銀を含む金属膜の作成例]
なお、既述のシミュレーションで得られた実施例および比較例の構成の反射防止膜を実際に作製する際には、特にＡｇを含む金属膜の形成精度によって、反射防止特性が大きく変化することが本発明者らの検討により明らかになった。
[作成例１]
アネルバ社製ＥＶＤ−１５０１を用い、電子ビーム蒸着法により純銀からなる膜を基板上に５ｎｍ厚みで成膜し、この純銀からなる膜（銀膜）における反射スペクトルを、大塚電子製反射分光膜厚計FE3000を用いて測定した。
[作成例２]
ターゲットとして銀合金ターゲット(Ａｇ−０．７％Ｎｄ−０．９％Ｃｕ：以下においてＡＮＣ)であるＧＤ０２（株式会社コベルコ科研製）を用いて、スパッタ法により銀合金膜を基板上に５ｎｍ厚みで成膜し、この膜における反射スペクトルを大塚電子製反射分光膜厚計FE3000を用いて測定した。
図２６は、作成例１の銀膜（Ａｇ）と作成例２の銀合金膜（ＡＮＣ）の反射スペクトルを、純銀５ｎｍ厚の膜についての計算値（シミュレーション）と共に示したものである。
図２６に示すように、作成例１の膜の反射スペクトルは、純銀の厚み５ｎｍの膜についての計算値と大きく乖離しており、一方で、作成例２の膜は、計算値と非常によい精度で一致した。
作成例１および２の各膜の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ:Scanning Electron Microscope）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）を用いて評価した。
図２７Ａおよび図２７Ｂは、それぞれ作成例１（Ａｇ）のＳＥＭ像およびＡＦＭ像であり、図２８Ａおよび図２８Ｂは、それぞれ作成例２（ＡＮＣ）のＳＥＭ像およびＡＦＭ像である。図２７Ｂおよび図２８Ｂにおいて、横軸は０．０−１．０μｍの長さを示しており、縦軸は、高さをグレースケールで示すことを示すものであり、図２７Ｂ中においては真っ黒が０ｎｍ、真っ白が３０ｎｍの高さであり、図２８Ｂ中においては真っ黒が０ｎｍ、真っ白が１０ｎｍの高さであることを意味している。
図２７Ａおよび図２７Ｂに示すように作成例１のＡｇ膜は、均一な膜厚の一様膜となっておらず、粒状に成長しており、表面粗さＲａ＝２．７４ｎｍを有していることが明らかになった。このように銀が粒状に成長しているために、入射光によりプラズモン共鳴が生じて反射率が計算値と大きく異なる反射スペクトルとなったと考えられる。他方、図２８Ａおよび図２８Ｂに示すように、ＡＮＣ合金膜は、表面粗さＲａ＝０．２８９ｎｍと小さく、平坦性が高い膜が得られている。
図２６のシミュレーションは、金属層として純銀を用いた場合についての反射率の波長依存性であるが、金属層として、作成例２の銀合金ターゲットを用いたスパッタ膜のように、表面粗さが小さく平滑性が高いほどシミュレーションで得られた反射率の波長依存性により近い特性を有する反射防止膜を得ることができると考えられる。
さらに、銀を含有する金属層としてより平坦性の高い膜を得るための検討を行った。
[作成例３]
ターゲットとして銀合金ターゲット(Ａｇ−０．３５％Ｂｉ−０．２％Ｎｄ)であるＧＢＤ05（株式会社コベルコ科研製）を用い、スパッタ法により銀合金膜を基板上に５ｎｍ厚みで成膜し、作成例３の膜を作製し、作成例１、２と同様の評価を行った。作成例３の膜の反射率は、計算値と非常によい精度で一致した。また、表面粗さＲａ＝０．２３７ｎｍと小さく、平坦性が高い膜が得られた。
[作成例４]
ターゲットとして銀合金ターゲット(Ａｇ−Ｐｄ―Ｎｄ)であるＡＰＣ（フルヤ金属製）を用い、スパッタ法により銀合金膜を基板上に５ｎｍ厚みで成膜し、作成例４の膜を作製した。作製した膜に対し作成例１、２と同様の評価を行った。作成例４の膜の反射率は、計算値と非常によい精度で一致した。また、表面粗さＲａ＝０．４５７ｎｍと小さく、平坦性が高い膜が得られた。
作成例３および４は作成例２と同様に純銀を用いて形成した膜と比較して計算値により近い反射率の波長依存性を得ることができ、かつ表面粗さが小さかった。特に作成例３のＡｇ−Ｂｉ−Ｎｄからなる銀合金ターゲットを用いた場合、平坦性がより高いものとなった。
[作成例５]
アネルバ社製ＥＶＤ−１５０１を用い、電子ビーム蒸着法によりアンカー層としてゲルマニウム膜を基板上に０．５ｎｍ厚みで成膜した。蒸着したゲルマニウム膜上に、スパッタ法により純銀からなる膜を５ｎｍ厚みで成膜し、作成例５の膜を作製した。作製した膜に対し作成例１〜２と同様の評価を行った。作成例５の膜の反射率は、計算値と非常によい精度で一致した。また、表面粗さＲａ＝０．４２１ｎｍと小さく、平坦性が高い膜が得られた。
[作成例６]
スパッタ法によりアンカー層としてチタン膜を基板上に０．５ｎｍ厚みで成膜した。成膜したチタン膜上に、スパッタ法により純銀からなる膜を５ｎｍ厚みで成膜し、作成例６の膜を作製した。作製した膜に対し作成例１〜２と同様の評価を行った。作成例６の膜の反射率は、計算値と非常によい精度で一致した。また、表面粗さＲａ＝０．４４２ｎｍと小さく、平坦性が高い膜が得られた。
[作成例７]
スパッタ法によりアンカー層としてゲルマニウム膜を基板上に０．５ｎｍ厚みで成膜した。成膜したゲルマニウム膜上に、ターゲットとして銀合金ターゲット(Ａｇ−０．７％Ｎｄ−０．９％Ｃｕ)であるＧＤ０２（株式会社コベルコ科研製）を用いて、スパッタ法により銀合金膜を基板上に５ｎｍ厚みで成膜し、作成例７の膜を作製した。作製した膜に対し作成例１〜２と同様の評価を行った。作成例７の膜の反射率は、計算値と非常によい精度で一致した。また、表面粗さＲａ＝０．２２５ｎｍと小さく、平坦性が高い膜が得られた。
作成例５〜７のように、純銀膜もしくは銀合金膜の下にアンカー層を備えることにより、アンカー層を備えていない場合と比較して平坦性が高い膜を得ることができた。したがって、アンカー層を備えることにより、シミュレーションで得られた反射率の波長依存性により近い特性を有する反射防止膜を得ることができると考えられる。
１、２１、３１ 反射防止膜
２、２２、３２ 基材
３、２３、３３ 中間層
４ 金属層
５、２５ 誘電体層
６ アンカー層
１０、２０、３０ 光学素子
１１ 高屈折率層
１２ 低屈折率層

Claims (10)

  1. 空気への露出面を有する、屈折率１．３５以上１．５１以下の誘電体層と、
    該誘電体層との界面を有し、銀を含有する厚み２ｎｍ以上５ｎｍ以下の金属層と、
    該金属層との界面を有し、相対的に高い屈折率を有する高屈折率層と相対的に低い屈折率を有する低屈折率層とが交互に計４層以上積層された積層体からなる中間層とを備え、
    屈折率が１．６１以上の基材上に前記中間層側から積層される反射防止膜。
  2. 前記誘電体層が酸化シリコンまたはフッ化マグネシウムからなる請求項１記載の反射防止膜。
  3. 空気への露出面を有する、フッ化マグネシウムからなる誘電体層と、
    該誘電体層との界面を有し、銀を含有する厚み２ｎｍ以上５ｎｍ以下の金属層と、
    該金属層との界面を有し、相対的に高い屈折率を有する高屈折率層と相対的に低い屈折率を有する低屈折率層とが交互に計３層以上積層された積層体からなる中間層とを備え、
    屈折率が１．６１以上１．７４以下の基材上に前記中間層側から積層される反射防止膜。
  4. 空気への露出面を有する、フッ化マグネシウムからなる誘電体層と、
    該誘電体層との界面を有し、銀を含有する厚み２ｎｍ以上５ｎｍ以下の金属層と、
    該金属層との界面を有し、相対的に高い屈折率を有する高屈折率層と相対的に低い屈折率を有する低屈折率層とが交互に計２層以上積層された積層体からなる中間層とを備え、
    屈折率が１．６１以上１．６６以下の基材上に前記中間層側から積層される反射防止膜。
  5. 前記高屈折率層が、前記基材の屈折率よりも高い屈折率を有する層であり、
    前記低屈折率層が、前記基材の屈折率よりも低い屈折率を有する層である請求項１から４いずれか１項記載の反射防止膜。
  6. 前記中間層を構成する前記積層体が１６層以下である請求項１から５いずれか１項記載の反射防止膜。
  7. 前記金属層が、銀以外の少なくとも１種以上の金属元素を含有する銀合金からなる請求項１から６いずれか１項記載の反射防止膜。
  8. 前記金属層と前記中間層との間に、銀以外の金属元素からなるアンカー層を備える請求項１から７いずれか１項記載の反射防止膜。
  9. 請求項１から８いずれか１項記載の反射防止膜を基材上に備えてなる光学素子。
  10. 請求項９記載の光学素子の前記反射防止膜が最表面に配置されてなる組レンズを備えた光学系。
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