JPH01131501A - 広帯域反射防止膜 - Google Patents

広帯域反射防止膜

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JPH01131501A
JPH01131501A JP62290309A JP29030987A JPH01131501A JP H01131501 A JPH01131501 A JP H01131501A JP 62290309 A JP62290309 A JP 62290309A JP 29030987 A JP29030987 A JP 29030987A JP H01131501 A JPH01131501 A JP H01131501A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、可視域ないし近赤外域、特に4000I11
ないし900nnの広帯域の波長領域の光に対して高効
率な反射防止作用を有する反射防止膜に関するものであ
る。
(従来の技術) 従来、3層の可視域反射防止膜として、米国特許第3,
185.020号に示されるようなN5ub/N+ (
λ0/4)−NZ(λo/2) −Nl (λ0/4)
/NOの3群からなる基本タイプが知られている。ここ
で、N、は中間屈折率物質(1,6〜1.85程度)で
あり、N2は高屈折率物質(1,9〜2.3程度)であ
り、N、は低屈折率物質(1,2〜1.4程度)である
この3層反射防止膜の応用としては、 (t)N、(λ。/4)を、2層又は3層の等価膜に置
換したタイプ、 (21Nl(λ。/4)を、N1′(λ。/4) −N
2 ’ (λ。/4)またはN1#(λ。/4)  H
z ’ (λ。/4) −83’ (λ。/4)の2群
又は3群に置き換えたタイプ、 (3)  (2)のタイプを、さらに等価膜に置換した
タイプ、 ’(41N、(λ。/4)を、Nl(3λ。/4)又は
Nl ’ (λ。/2)・N2′(λ。/4)等に置き
換えられたタイプ、(51N2(λ。/2)を、N2′
(λ。/2) −sg ’ (λ。/2)−ht−Cλ
。/2)に置き換えたタイプ、(6)NZ(λ。/2)
を、N2′(λ。/、i) −NZ ’ (λ。/4)
に置き換えたタイプ 等の各タイプ又はこれらの複合タイプが知られている。
これらは、いずれも可視域反射防止効率の向上及び広帯
域化を目的とした上記3層反射防止膜の改良型と考えら
れる。
(発明が解決しようとする問題点) 最近の光学器械は、オートフォーカス、アライメント等
の多機能化、あるいはコンパクト化のため、同一の光学
系で可視光とLED、LD等から発せられる近赤外光を
用いる要求が強まってきている。従って、可視域(40
0ないし700nm程度)のみの反射防止だけでなく、
可視域及び近赤外域(400ないし900nm程度)に
かけての反射防止が要望されている。
しかし、従来のMgF、単層反射防止膜では反射防止効
率が低く、これを使用した光学器械ではゴースト、フレ
アーによる悪影響が生じたり、光量不足により性能の低
下が生じるという欠点があった。
一方、従来の多層反射防止膜では可視域の反射防止効率
は充分に得られるが、近赤外域では反射が急増し基板そ
のままの時よりも反射が増してしまい、近赤外域では反
射防止膜として役に立たないものであった。
(問題を解決する手段) 本発明に係る多層反射防止膜の特徴とするところは、基
板Sの屈折率をN5ub 、そして、これに積層したn
群(nは4以上の整数)の被膜CNいCNz、−・−・
・、CNn、CN、の屈折率を、N1、N2、HH+H
H、N11−1.Nll とし、2≦i≦n−2の関係
のもとてこのうち最高の屈折率を有する被膜をCNiそ
の屈折率をNiとした反射防止膜S/NI、・・・・・
、N5−r 、Ni % Nz−r・・・”’ 、Nn
−1、Nn/ airにおいて、被膜CN、。
CN、1.、、、、 、CNn−、、CNfiは光学的
膜厚がすべてλ。/4(λ。:中心波長)であり、各被
膜の屈折率が N1 > Ni+1 >”・> Nn−+ > Nn 
> N。
Nz > Ni+1 >・・・・・> Nl > N5
ubN i + I>N i −+ なる関係を有することである。
(関連技術の説明) まず、ガラス基板と空気の境界面での複素振幅反射率r
 (reiδ)は、第6図に示すように、横軸Xを実数
軸、縦軸Yを虚数軸とすると、実数軸Y(7)−0,2
0(7)点OI(r = 0.20、δ=180”)で
表わされる。これはApfe1表示と呼ばれる。そして
、このガラス基板に薄膜が蒸着されると、rの値が変化
する。例えば、ZnS (n+ =2.30)を蒸着す
ると、光学的膜厚n、d、が増加し、第6図の点Of 
 (r=  0.39)を中心に半径0+Ozの円周上
を描き、言i円周上の点Pから原点0までの距離がその
時の振幅、すなわちOPがrを表ゎす。
次に、二層反射防止を考える。n□b=1.52の基板
をλ。で残留反射O%とするためには、n5ub=1.
52を等価的にn sub = 1.9にしてやればよ
いことが知られている。そのためには、第7図に示すよ
うに、n = 1.7の物質をλO/4蒸着し、さらに
n=1.38をλ。/4蒸着すればよいことがわかる。
なお、第7図において点線10.12は反射率R=1%
、0.5%の領域を示し、また点線14.16.18は
波長比ν=1.1、ν=1.2、ν=1.3を示す。
n = 1.7の物質が得られない場合は、第8図に示
すように、n > 1.7なる物質例えばZrO,(n
=2、(13)と、n < l、 7なる物質、例えば
MgF。
(n=1.38)でn+1.7と等価になるように、2
.03(位相膜厚:δ+>1.38(位相膜厚:δ2)
で置換すればよい。これは二層等価膜(またはコンポジ
ット膜と呼ばれるもので、三層対称等価膜とともに、単
波長においてはnM<n<nLの屈折率の単層膜と等価
の膜を得るため極めて有効な手法である。ただしこの場
合、膜厚をA0/4以下で制御する技術が必要になる。
以上述べたてきた二層反射防止膜では、前半の1.7(
λ。/4) 、2.03 (δ、)−1,38(δ2)
という層は、後半の1.38(λ。/4)層で無反射す
るための、すなわち基板の屈折率を等価的にn5ub’
 == 1.38”;1.9にするための基板屈折率調
整層と考えることができる。
これらの二層反射防止膜は■コート(V coat)と
呼ばれる単波長域反射防止膜であり、・中心波長以外に
おいては、第7図の点線14.16.18で示すように
反射率は単調に増加する。
次に、Wコート(W coat)と呼ばれる三層反射防
止膜について第9図、第10図及び第11図に基づいて
説明する。第9図において、点線20は1.63(λ。
/4)  −1,38(λ。/4)のコートを示し、線
22で1.63(λ。/4)−2,05(λ。/2)−
1,38(λ。/4)のWコートを示す。中心波長λ。
においては、2.05(λ。/2)層の有無に関わらず
残留反射はVコートとWコートとで変わらない。しかし
、中心波長外、例えばν=λ/λ。
=0.7においては第10図に示すようにVコート20
では振幅反射率の軌跡は反射率0(原点O)まで戻らな
い。Wコート22では22で示すように2.05(ス。
/2)Nによっていくらか補正されて、反射率O(原点
O)に近い点まで戻る。
同様にν=λ/λ。=1.3においては、第11図に示
すように、■コート20では振幅反射率の軌跡は原点0
を通り過ぎてしまい、Wコート22では2.05(λ。
/2)層によって補正され原点0に近い点で止まる。
このように三層反射防止膜は、二層反射防止膜に(λ。
/2)層を付加することによって、反射防止帯域を広く
することができる。つまり、三層反射防止膜の基本型膜
(I) ngub/ns(λo/4)  nH(λ−/2)−n
L(λo/4)/airにおいて、nM(λ。/4)層
はn i、 (A a/4)層で充分な反射防止効果を
得るための基板屈折率調整層、nH(λ。/2)層は反
射防止帯域の広帯域化層、nL(λ。/4)層は反射防
止層とそれぞれ独立した機能をもっていると考えられる
三層反射防止膜の改良型 nsmb/n+*+ (λ、/4)−nxi(λe/4
)−n、I(λo/2)−nL(λ−/4)/airL
−一一一」  −一一一一」 (n−1) (I[−2) の場合は、膜(II−1)は基板屈折率調整層をnMI
(λ、/4) −n、t(λ。/4)−と多層化して最
適な基板屈折率の調整を行い、膜(1)の反射防止効率
を向上させた構成、膜(II−2)は、広帯域化層をn
ut(λ、/2) −n 、、(λo/2)  n+1
2(λ。/2)と多層化して膜(I)の反射防止帯域を
広く改良した構成となる。膜(II−1)の特性を第1
2図ないし第14図に示し、膜(If−2)の特性を第
15図ないし第17図に示すが、第12図及び第15図
は第9図に対応し、第13図及び第16図は第10図に
対応し、第14図及び第17図は第11図に対応する。
第18図は、横軸に波長(n■)、縦軸に反射率(%)
をとった分光特性グラフ図であり、上記膜■、ll−1
、If−2の分光特性60.62.64を示す。
三層反射防止膜の改良型膜(n−1)、(I[−2)を
基に、広帯域化層をn)11(λ、/2) −n H(
λ。/2)−nH□(λ。/2)に置換し、さらに、基
板屈折率調整層をA0付近の反射防止効率の向上ではな
く、λ。より離れた波長域での反射防止効率の向上を目
的としてnMI(λo/4)  nMi(λ、/4) 
−n 、1.(λ。/4)に置換し、各層の屈折率を最
適化することにより、次のような広帯域反射防止膜(I
I−3)が考えられる。
(u−3) 具体的には、例えば、 1.52/1.46(λ。/4)−1,38(λ。/4
)−1,58(λ。/4)−2,03(λ。/2)−1
,58(λ。/2)−2,03(λ。/2)−1,38
(λ。/4)/airである。しかし、膜(I[−3)
のような広帯域反射防止膜の分光特性は、第19図及び
第20図に示すように、400ないし800nmではR
≦0.5%であるが、800nm以上では急激に反射率
が増加し、900nmでは基板自体の反射率を越えてし
まう。
このように反射率増加の勾配が急峻であることは、斜入
射時の分光特性が短波長側にシフトすることを考え合わ
せると、広帯域反射防止膜にとっては非常に不利である
また、この急激な反射率増加は、4・00nmないし8
00nmにおいて充分に基板の等価的な屈折率を調整し
た結果であり、三層反射防止膜(I)からの改良による
広帯域化はこの膜(II−3)の膜構成が限界であると
考えるべきである。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
上記膜(n−1)において、反射防止帯域の広帯域化M
nH(λ。/2)を不均質度の大きf(Cλ。/2)層
である疑似不均質層とするため、 nMI (λo/4)−now(λ6/4) (nHI
 >nuz)  という二層に分割して、 という構成の五層広帯域反射防止膜を設定した。
この構成は、同時にnoゎ、airを媒質、nHIを高
屈折率の基板(バルク)と考えると、(I[[) と見なすことができる。すなわち、第1図(a)に示す
膜(III)を、第1図中)に示すように、五層膜中の
n、層を充分に厚いバルクと考えると、片面は媒質n5
ubに対する二層反射防止膜、反対面は媒質airに対
する二層反射防止膜と考えられ、それぞれ独立に設計し
各々の残留反射率rl 、rtの和を五層広帯域反射防
止膜(III)の残留反射率Rとみなすことができる。
ただし、実際にはn、は基板ではな(nd=λ。/4の
薄膜であるため、上記の考え方ではnH(λ。/4)層
での多重干渉を無視した近似になる。よって、五層広帯
域反射防止膜(II[)は高屈折率層nHを考えてやれ
ば、他の四層n□、nゎ及びnMI、1M4の屈折率は
二層反射防止条件により次のように決定できる。
nHI    =n露ub  n。
nsz   =nsub  ’  n。
nH3”noon H3 1N4   °no   nH nsub =]、52    nイ=2.35とすると
、n、、b=1.52/1.695(λ、/4)−2,
107(λ、/4)−2,35(λo/4)−1,89
8(λ、/4)−1,238(λ。/4)/n0=1 
 (E−1)ところがnH4=1.238で化学的に安
定で耐久性のある蒸着物質がないため(ns+  1M
4)層での残留反射をr z =0.005(=0.5
%)許容すると、より、 n、。=1.52/1.70(λ。/4)−2,11(
λ。/4)−2,35(λ。/4)−1,97(λ、/
4)−1,38(λ。/4)/airとなり、MgF 
zがn−、= 1.38として使える。これらの物質を
使用したときのへpfe1表示を第2図、分光特性を第
3図に示す。第2図において、X軸に沿って描かれてい
るのは、中心波長での各層を重ねていったときの中心波
長での振幅反射率の軌跡でありY軸に沿って描かれてい
るのは、波長をパラメータとしたときの全層による振幅
反射率の軌跡である。
n5ub=1.52以外の基板に対しても前半のn14
In、4zのみを変えることによって下記のように決定
できる。
n−ul、=1.52/1.70(A o/4)−2,
IHλO/4)−2,35(λo/4)−1,97(λ
、/4)−1,38(λo/4)/air    (E
−2)n−ub□1.60/1.76(λ0/4)−2
,13(λ0/4)−2,35(A O/4)−1,9
7(λ、/4)−1,38(λo/4)/air   
 (E  3)n□、=1.70/1.84(λ。/4
)−2,17(λ。/4)−2,35(λ。/4)−1
97(λ0/4)−1,38(λo/4)/air  
  (E  4)n、、b=1.80/1.92(λ。
/4)−2,20(λ。/4)−2,35(λ。/4)
−1,97(J 、/4)−1,38(λo/4) /
a ir    (E −5)上記実施例の膜の各層の
屈折率を基板側からN、 、N2、N、 、N、 、N
5とすると、N3 >N4 >Ns >N6 N、>N2>N、>N5ub Nz>Na なる関係がある。
これらの分光特性は、第3図に示すように、400〜1
000nmにおいてR<1%を満たす。
さらに、第1図(blに示す分割モデルにおいて、n 
tub ”’ n s −v n H” n oの反射
防止層を各々三層にすることによって、 また、第1図(a)に示す膜において、媒質n□。
と高屈折率層nHの屈折率差が少ない場合には、第1層
及び第2層を一つの層で兼用し、四層構造とすることが
できる。すなわち、 n5ub/ n141 (λ。/4)  nH(λ、/
4)−n、z(λ、/4) −1M3(λ。/4)/a
irという四層広帯反射防止膜(Vl)を得る。この場
合、nMl(λ。/4)はn5ubとn14(λ。/4
)との間の単層反射防止条件n□−1庁Tλ−nH−に
基づき例えば次のように決定できる。
n、、−= 1.80/2.05(λ。/4)  −2
,35(λ。/4) −1,97(λ、/4) −1,
38(λ、/4)/air   (f’ −6)この構
成による膜のApfe1表示を第4図に、また分光特性
を第5図に示す。
同様に、n)1を中心にn、。〜rlN反射防止層、n
、〜n0反射防止層の両方または片方を多層化・ ある
いは広帯域化、高効率化することにより各種の多層広帯
域反射防止膜が理論上可能になる。
以上のように、本発明は高屈折率層を中間層とするため
反射防止膜の構成をn群(nは4以上)構成とし、基板
Sの屈折率をN5ub 、そして、これに積層したn群
(nは4以上の整数)の被膜CNnCN、 、・・・・
・、CN、1−1.CN11の屈折率をN、、 Nz1
.、、、、 、N、1−、、N、lとし、2≦i≦n−
2の関係のもとてこのうち最高゛の屈折率を有する被膜
をCNiその屈折率をNi とした反射防止膜S/Nl
、・・・・・、Ni−1%Nt・N i−1、””’ 
、N11−1 、Ng/ airにおいて、被膜CNi
、CNz1.、、、、 、CN、−、、CN。
は光学的膜厚がすべてλ。/4(λ。:中心波長)であ
り、各被膜の屈折率が Nt>Nr+r>・・・・−>N、−、>N、l>N。
N、>pJ、−、>・・・−・>N、>N5ubN =
 、 + > N = −+ なる関係をもたせるものである。
〔発明の効果〕
上述したように、本発明による反射防止膜は、可視域な
いし近赤外域、特に400nmないし900nmの広帯
域の波長領域に対して高効率な反射防止作用を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成原理を説明するための反射防止膜
の断面説明図、第2図は実施例膜E−1のApfe1表
示グラフ図、第3図は実施例膜E−2ないしE−5の分
光特性グラフ図、第4図は実施例膜B−6のApfe1
表示グラフ図、第5図は実施例l1l−6の分光特性グ
ラフ図、第6図はApfe1表示法の説明図、第7図は
二層反射防止膜のApfe1表示グラフ図、第8図は二
層等価反射防止膜のApfe1表示グラフ図、第9図な
いし第11図はWコートの三層反射防止膜のApfe1
表示グラフ図、第12図ないし第14図は膜(n−1)
の/1pfe1表示グラフ図、第15図ないし第17図
は膜(■−2) Apfe1表示グラフ図、第18図は
膜(I、n−i、■−2)の分光特性グラフ図、第19
図は膜(If−3)のApfe1表示グラフ図、第20
図は膜(n−3)の分光特性グラフ図である。 10.12・・・・・・反射率グラフ 1イ、16.18.20,22・・・・・・振幅グラフ
図面の浄二グカ容に変更なし) 党1区 手続補正書く方式) 63,3.17 昭和  年  月  日 1、事件の表示   昭和62年特許願第290309
号2、発明の名称  広帯域反射防止膜 3、補正をする者 事件との関係  出願人 名称 東京光学機械株式会社 4、代理人 手続補正書 63.3.17 昭和  年  月  日 特許庁長官  小 川 邦 夫  殿 1、事件の表示   昭和62年特許願第290309
号2、発明の名称  広帯域反射防止膜 3、補正をする者 事件との関係  出願人 名称 東京光学機械株式会社 4、代理人 5、補正命令の日付  自   発 6、補正の対象    明細書の発明の詳細な説明の欄
(1)明細書第3頁第19行の“N21  ”を「N1
′」(2)同上第3頁第20行の“N、IF ″をrN
I” Jに訂正する。 (3)同上第3頁第20行の“N31F ”をrN、”
 Jに訂正する。 (4)同上第4頁第4行及び第5行の“(4)Nl・・
・タイプ、”を削除する。 (5)同上第4頁第6行の“(5)”をr (4) j
に訂正する。 (6)同上第4頁第8行及び第9行の“(6)N2・・
・タイプ”を削除する。 (7)  同上第7頁第1行の“す。”の次に「これは
Apfe1表示と呼ばれる。」を挿入する。 (8)  同上第7頁第3行の“の基板を”の次に「n
= 1.38の物質を用いて形成して」を挿入する。 (9)  添付図面の第3図、第4図、第5図、第11
図、第18図及び第20図を別紙の通り訂正する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板Sの屈折率をNsub、そして、これに積層
    したn群(nは4以上の整数)の被膜CN_1、CN_
    2、・・・・・、CN_n_−_1、CN_nの屈折率
    をN_1、N_2、・・・・・、N_n_−_1、N_
    nとし、2≦i≦n−2の関係のもとでこのうち最高の
    屈折率を有する被膜をCNiその屈折率をNiとした反
    射防止膜S/N_1、・・・・・、N_i_−_1、N
    i、N_i_−_1、・・・・・、N_n_−_1、N
    _n/airにおいて、被膜CN_1、CN_2、・・
    ・・・、CN_n_−_1、CN_nは光学的膜厚がす
    べてλ_0/4(λ_0:中心波長)であり、各被膜の
    屈折率が N_i>N_i_+_1>・・・・・>N_n_−_1
    >N_n>N_0N_i>N_i_−_1>・・・・・
    >N_1>NsubN_i_+_1>N_i_−_1 なる関係を有することを特徴とする多層反射防止膜。
  2. (2)特許請求の範囲第(1)項記載の多層反射防止膜
    において、nは5であって5群の被膜CN_1、CN_
    2、CN_3、CN_4、CN_5のうち少なくとも一
    群がコンポジット膜(2層等価膜)、又は3層等価膜か
    ら成り、その等価屈折率が相当する被膜の屈折率と略一
    致するように構成したことを特徴とする多層反射防止膜
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