JP2001141904A

JP2001141904A - 多層反射防止膜

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Publication number: JP2001141904A
Application number: JP32650299A
Authority: JP
Inventors: Takashi Obata; 孝小幡; Toru Sasaki; 徹佐々木; Tomohiko Yamahiro; 知彦山広
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2001-05-25
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JP4406980B2

Abstract

(57)【要約】【課題】例えば蛍光顕微鏡の対物レンズのレンズ部
品用のように、紫外域から８００ｎｍ近くの可視域の上
限波長まで低反射性であり、且つ光吸収率が低く、尚且
つ膜から発生する蛍光強度が小さい多層反射防止膜を提
供することである。【解決手段】本発明の多層反射防止膜は、層数が６層以
上１１層以下であり、第１層の屈折率が１．６以上２．
１５以下（４３５ｎｍ）で、且つ必要に応じてＬａ₂Ｔ
ｉ₂Ｏ_7-x（ｘ＝０．３〜０．７）から成る層を用い、
最終層がフッ化マグネシウムから成り、且つ３００ｎｍ
以上８００ｎｍ以下の波長域に於ける透過率が８０％以
上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光顕微鏡等の光
学機器に用いられる光学素子表面に形成され、特に紫外
光〜可視光の広帯域の波長に対し反射防止効果に優れた
多層反射防止膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、特に生物関係の研究分野において
紫外線励起光を標本に照射して、試料が発する蛍光を観
察する蛍光顕微鏡が広く用いられている。この紫外線励
起光のうち、代表的な光線としてｉ線( 波長３６５ｎ
ｍ）がある。ｉ線を励起光に用いた場合、観察する蛍光
波長は可視域( 波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ) であり、
特に蛍光顕微鏡に用いられる対物レンズは、波長３６５
ｎｍを中心とした励起光と蛍光( 波長４００ｎｍ〜８０
０ｎｍ) との両方の光が通過する。従って、対物レンズ
に施す反射防止膜は、３６５ｎｍの波長は言うに及ばず
４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長の可視域の光線に
対しても充分な反射防止効果を持っていなければならな
い。

【０００３】従来、レンズのような光学素子用の反射防
止膜としてフッ化マグネシウムを蒸着物質として用いた
単層反射防止膜が知られている。この膜は膜構成が単純
で容易に製造可能であるという利点があるために古くか
ら一般に用いられている。

【０００４】単層反射防止膜は、波長に対しての反射率
の変化が比較的少ないので、紫外光〜可視光の広帯域の
波長域に渡ってある程度の反射防止効果を示す反面、最
も反射防止効果が高い波長に於いてすら残留反射率が無
視できず、更に良好な反射防止効果を示す波長域が狭い
という欠点を有する。即ち、反射防止効果が不充分であ
る。

【０００５】単層反射防止膜よりも低反射率特性の反射
防止膜としては、図３にその特性を示した３層反射防止
膜が知られている。この膜は、基板面から順に、光学的
膜厚０．２５λ₀で屈折率１．６５の第１層、光学的膜
厚０．５λ₀で屈折率２．１の第２層、そして光学的膜
厚０．２５λ₀で屈折率１．３８の第３層を積層し形成
したものである。ここで、λ₀は設計基準波長であり、
ここでは５１０ｎｍに選ばれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
３層反射防止膜は、図３に示すように、例えば屈折率
１．５２の基板に対しては反射率が１．０％以下の波長
域が４００ｎｍ〜７００ｎｍであるが、４００ｎｍ以
下、７００ｎｍ以上の波長、特に４００ｎｍ以下の波長
で反射率が急激に上昇し、反射防止特性が悪化する問題
があった。基板の屈折率が１．６０または１．７０に高
まると、この狭帯域化、特性の悪化は更に甚だしくなっ
た。

【０００７】そのために、従来の反射防止膜は、３層膜
を使用した場合に於いても、４００ｎｍ以下から７００
ｎｍ以上までの波長域に渡って良好な反射防止効果が必
要な蛍光顕微鏡の対物レンズに適用した場合に、無視で
きない量の残留反射光が問題となっていた。即ち、残留
反射光により生じるフレアのために、コントラストの良
い蛍光像を得ることが出来ないという問題、次には、４
００ｎｍ以下の励起光の反射損失による透過励起光の減
少、７００ｎｍ以上の蛍光の反射損失による対物レンズ
を透過する蛍光の減少のために明るい蛍光像を得ること
ができないという問題があった。

【０００８】更に従来の３層反射防止膜は、一般に膜材
料として、第１層としてアルミナ、またはＡｌの複合酸
化物、第２層としてジルコニア、またはＺｒの複合酸化
物、そして第３層としてフッ化マグネシウムを用いてお
り、ジルコニア、またはＺｒの複合酸化物は、励起光波
長での光吸収率が高いために、その励起光の光吸収損失
のために、励起光の試料上への照射強度が低下し、且つ
蛍光の光吸収損失のために蛍光像の強度が低下する。前
段で述べた反射損失のみならずこの吸収損失も明るい蛍
光像を得るための障害となっていた。

【０００９】更にまた、従来の３層反射防止膜は、その
構成層の膜材料としてのジルコニア、またはＺｒの複合
酸化物が、励起光の照射により蛍光を発生し、この蛍光
が不要光として像面に到達するために、観察試料からの
蛍光像の像質が低下する問題があった。

【００１０】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされた
ものであり、広い波長域、特に、例えば蛍光顕微鏡の対
物レンズに適用する場合のように、紫外域から８００ｎ
ｍ近くの可視域の上限波長まで低反射性であり、且つ光
吸収率が低く、尚且つ膜から発生する蛍光強度が小さい
多層反射防止膜を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は第一に、基板上に形成される６層以上１１
層以下の多層反射防止膜であり、前記基板面から順に第
１層の屈折率が１．６以上２．１５以下（波長５００ｎ
ｍ）であり、最終層がフッ化マグネシウムから成り、且
つ３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長域の全ての波長
での透過率が８０％以上であることを特徴とする多層反
射防止膜を提供する。

【００１２】また第二に、前記第１層の屈折率が１．６
以上１．８以下（波長５００ｎｍ）であることを特徴と
する請求項１記載の多層反射防止膜を提供する。

【００１３】また第三に、前記第１層がＬａ₂Ｔｉ₂Ｏ
_7-x（ｘ＝０．３〜０．７）から成ることを特徴とする
請求項１記載の多層反射防止膜を提供する。

【００１４】また第四に、フッ化マグネシウムから成る
層を２層以上具えることを特徴とする請求項１〜３何れ
か１項記載の多層反射防止膜を提供する。

【００１５】また第五に、Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x（ｘ＝
０．３〜０．７）から成る層を２層以上具えることを特
徴とした請求項３〜４何れか１項記載の多層反射防止膜
を提供する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の多層反射防止膜は、光学
基板上に形成された６層以上１１層以下の多層反射防止
膜であり、基板から数えて第１層の屈折率が波長５００
ｎｍに対して１．６以上、２．１５以下であり、最終層
がフッ化マグネシウムから成る。

【００１７】ここで、第１層の第一の好ましい選択とし
ては、屈折率１．６以上１．８以下の層であり、膜材料
としてはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、またはＡｌの複合酸
化物、またはアルミナと他の酸化物との混合物から選ば
れた材料が好ましい。この第１層の屈折率は基板の屈折
率にマッチングするよう決定され、これに合わせて膜材
料が選択される。

【００１８】また、第１層の第二の好ましい選択として
は、波長５００ｎｍに於いて屈折率１．９２以上２．１
５以下の層である。この層の材料としては、Ｌａ₂Ｔｉ
₂Ｏ _7-x（ｘ＝０．３〜０．７）が好ましく用いられ
る。

【００１９】最終層（最上層）の膜物質としては、低反
射率を得るために、好ましくはフッ化マグネシウム（Ｍ
ｇＦ₂）が用いられる。フッ化マグネシウム以外にも、
基板よりも充分に屈折率が低く、紫外域での光吸収率が
低く、耐久性のある物質ならばこれに限定されず、フッ
化アルミニウム（ＡｌＦ₃）、フッ化リチウム（Ｌｉ
Ｆ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）、クリオライト
（Ｎａ₃ＡｌＦ₆）、チオライト（Ｎａ₅Ａｌ
₃Ｆ₁₄）、および酸化硅素（ＳｉＯ₂）の群と、該群か
ら選ばれた二つ以上から成る混合物群と複合化合物群
と、から選ばれた膜物質を用いることができる。

【００２０】本発明の多層反射防止膜の構成層の成膜方
法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプ
レーティング法、等が用いられる。真空蒸着法の試料加
熱法としては電子線加熱法、抵抗加熱法が用いられる
が、電子線加熱法が好ましく使われる。また、真空蒸着
の成膜に際して、別に設けたイオンビーム源により不活
性ガス等のイオンを基板に照射するイオンビームアシス
ト法も用いられ、これにより膜の充填率が高められ、屈
折率を高めることができる。スパッタリング法としては
イオンビームスパッタリング法、マグネトロンスパッタ
リング法が好ましく用いられる。

【００２１】ここで、Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x（ｘ＝０．３
〜０．７）から成る層は、成膜方法、成膜条件に依存し
た、充填率、結晶性、及び酸化度（ｘの値に依存）の変
化に応じて、その屈折率が、１．９２以上２．１５以下
に変化する。

【００２２】また、本発明の多層反射防止膜の層数は、
紫外域から可視域の上限までの広い波長範囲に渡って反
射率を低減させるために、光学薄膜設計上６層以上必要
である。しかし、広帯域化のために余り総数を増やすと
加工時間の増大、加工の困難性の増大により加工性が悪
化し、または膜の耐久性が低下するばかりでなく、膜の
光散乱が増え、更には層数増加に伴う膜厚増加により光
吸収率が増えるので、多過ぎるのは好ましくなく、その
意味で層数は６層以上１１層以下が好ましい。

【００２３】この多層反射防止膜の構成層として、Ｌａ
₂Ｔｉ₂Ｏ_7-xから成る層を合計２層以上用いることは
好ましい。その理由は、この物質から形成される層の屈
折率が低反射率且つ広帯域の反射防止膜を設計するため
に好ましいのみならず、光吸収率が低く、且つ励起光で
ある紫外線を照射したときに発生する蛍光強度が小さい
からである。

【００２４】また、この多層反射防止膜の構成層とし
て、フッ化マグネシウムから成る層を、最終層以外に
も、第１層を除いた層に用い、最終層と合わせて合計２
層以上用いるのが好ましい。その理由は、この物質の層
の光吸収率が低く、且つ励起光である紫外線を照射した
ときに発生する蛍光強度が小さいからである。

【００２５】以上のように本発明の多層反射防止膜は、
低光吸収率の膜材料を使用しており、且つ広帯域に渡り
低反射率であるので、本発明の多層反射防止膜を施した
基板面の１面当たりの光透過率は、３００ｎｍ以上８０
０ｎｍ以下の波長域のどの波長においても８０％以上と
高い。

【００２６】即ち、本発明の多層反射防止膜は以下の実
施例１、２に示すように紫外から可視域の上限に到るま
での広い波長域に渡って反射率が平坦で且つ低く、ま
た、光吸収率が低く、蛍光強度も小さい。従って、本発
明の多層反射防止膜は、これらの波長域で良好な反射防
止効果が必要な光学機器の光学系の光学素子に好ましく
適用され、透過率を増やし、フレア等の低減により結像
性能を向上させることができる。

【００２７】本発明の多層反射防止膜は、特に蛍光顕微
鏡の対物レンズのレンズ部品、等に好ましく適用され
る。

【００２８】以下本発明による多層反射防止膜の具体的
膜構成を以下の実施例１及び実施例２に示すが、これら
実施例は本発明の一部に過ぎず、本発明は６層以上１１
層以下の全ての膜構成を含むことは言うまでもない。［実施例１］以下の表に実施例１の石英ガラス基板（屈
折率＝ｎ＝１．４６、λ＝５００ｎｍ）に対する６層反
射防止膜の膜構成を示す。尚、Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x（ｘ
＝０．３〜０．７）としてメルク社製のサブスタンスＨ
４（商品名）を用いた。表中、屈折率は、λ＝５００ｎ
ｍでの値、ｄは各層の機械的膜厚（ｎｍ）を示す。

【００２９】図１にはこの反射防止膜の垂直入射での３
３０ｎｍから８００ｎｍまでの分光反射率特性を示す。
３４０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長域に於いて反射率
が平坦であり、最大反射率が１．０％以下に抑えられて
いる。

【００３０】構成物質屈折率ｄ基板石英ガラス１．４６第１層Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x ２．１２２３．３第２層ＭｇＦ₂ １．３９１４．７第３層Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x ２．１２５７．０第４層ＭｇＦ₂ １．３９１７．２第５層Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x ２．１２２８．１第６層ＭｇＦ₂ １．３９９０．０入射媒質空気１．０

【００３１】［実施例２］以下の表に実施例２の光学ガ
ラス基板（ショット社製、硝材名ＬａＦ１１Ａ、屈折率
＝ｎ＝１．７６、λ＝５００ｎｍ）に対する１１層反射
防止膜の膜構成を示す。尚、Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x（ｘ＝
０．３〜０．７）としてメルク社製のサブスタンスＨ４
（商品名）を用いた。表中、屈折率は、λ＝５００ｎｍ
での値、ｄは各層の機械的膜厚（ｎｍ）を示す。

【００３２】図２にはこの多層反射防止膜の垂直入射で
の３３０ｎｍから８００ｎｍまでの分光反射率特性を示
す。３４０ｎｍから７２０ｎｍまでの波長域に於いて反
射率が平坦であり、最大反射率が１．０％以下に抑えら
れている。

【００３３】構成物質屈折率ｄ基板１．７６第１層Ａｌ₂Ｏ₃ １．６３９．４第２層Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x ２．１２１２．６第３層Ａｌ₂Ｏ₃ １．６３４６．５第４層Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x ２．１２７．９第５層Ａｌ₂Ｏ₃ １．６３１２６．７第６層ＭｇＦ₂ １．３９９０．０第７層Ａｌ₂Ｏ₃ １．６３２３．９第８層Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x ２．１２６６．３第９層ＭｇＦ₂ １．３９１０．８第１０層Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x ２．１２２８．４第１１層ＭｇＦ₂ １．３９９０．０入射媒質空気１．０

【００３４】

【発明の効果】以上の様に本発明の反射防止膜は、紫外
〜可視の広い波長域に於いて平坦な低反射率特性を得る
ことができ、光吸収率が低いので、この多層反射防止膜
を施した光学系は透過率が高く、結像にフレアが少な
い。また、蛍光の発生強度が小さい。

【００３５】従って、この波長域の光を用いる光学機
器、特に、蛍光顕微鏡の対物レンズ、等のレンズ部品に
好ましく適用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の反射防止膜の分光反射率特性であ
る。

【図２】実施例２の反射防止膜の分光反射率特性であ
る。

【図３】従来例の反射防止膜の分光反射率特性である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成される６層以上１１層以下の
多層反射防止膜であり、前記基板面から順に第１層の屈
折率が１．６以上２．１５以下（波長５００ｎｍ）であ
り、最終層がフッ化マグネシウムから成り、且つ３００
ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長域の全ての波長での透過
率が８０％以上であることを特徴とする多層反射防止
膜。
【請求項２】前記第１層の屈折率が１．６以上１．８以
下（波長５００ｎｍ）であることを特徴とする請求項１
記載の多層反射防止膜。
【請求項３】前記第１層がＬａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x（ｘ＝
０．３〜０．７）から成ることを特徴とする請求項１記
載の多層反射防止膜。
【請求項４】フッ化マグネシウムから成る層を２層以上
具えることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の
多層反射防止膜。
【請求項５】Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-x（ｘ＝０．３〜０．
７）から成る層を２層以上具えることを特徴とした請求
項３〜４何れか１項記載の多層反射防止膜。