JP2014021146A - 光学膜、光学素子、光学系および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な生産性と、優れた性能を有する光学膜を提供する。
【解決手段】光学膜１０３は、ガラス材料により形成されたベース部材１０２の表面に設けられる。該光学膜は、ベース部材の側から順に積層された第１層１０４および第２層１０５を有する。第１層は、膜厚方向における構成物質の組成比の変化に応じて、使用光に対する屈折率が連続的または段階的に変化する第１の領域を含む。また、第２層は、使用光の波長より短いピッチで形成された凹凸構造を有し、該凹凸構造における膜厚方向での空間占有率の変化に応じて、使用光に対する屈折率が連続的に変化する第２の領域を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ等の光学素子に設けられる反射防止機能等を有する光学膜に関する。

レンズ等の光学素子の表面には、入射光の光量損失を低減させるために反射防止膜が設けられる場合が多い。反射防止膜としては、一般的に用いられるマルチコートと呼ばれる誘電体多層膜以外に、いわゆるサブ波長構造による反射防止膜が知られている。非特許文献１には、円錐形状の微細凹凸形状を高いアスペクト比で形成することで、優れた反射防止性能が実現できることが開示されている。

また、特許文献１には、所定の光量の光ビームを照射すると空孔が形成される光学ガラスを用い、深さ方向において空孔数の密度を制御することでレンズ基板の反射を低減する方法が開示されている。

特開２０１１−４８０８１号公報

H.Toyota, K.Takahara, M.Okano, T.Yotsuya and H.Kikuta : "Fabrication of microcone array for antireflection structured surface using metal dotted pattern," Jpn. J. Appl. Phys., 40 (2001) L747-749

非特許文献１にて開示された方法では、電子ビーム露光法を用いて微細凹凸形状の一つ一つを形成する。これを、直径数十ミリメートルにおよぶレンズに適用しようとすると膨大な時間が必要となり、生産性が低くなる。また、通常の電子ビーム露光装置は、平板への露光を想定しているため、レンズの曲面への適用は、ステージ等の要素に高度な制御技術を必要とする。

また、撮影レンズ等の光学系は、可視域の全域にわたって球面収差や色収差等の収差を抑制するために、屈折率の異なる様々なガラス材料が使用されている。しかしながら、特許文献１にて開示された方法は、光ビーム照射による熱化学反応で空孔が生じる光学ガラスに適用が限定されるため、すべての光学ガラスには使用できない。そして、この方法は、非特許文献１にて開示された方法と同様に、大面積のレンズに対して膨大な個数の空孔を形成する必要があるために、生産性が低くなる。

本発明は、良好な生産性を実現し、かつ様々な屈折率や面積や表面形状を有するガラスに適用した場合でも波長帯域特性および入射角度特性に優れた性能を有する光学膜を提供する。また、本発明は、該光学膜を有する光学素子、光学系および光学機器を提供する。

本発明の一側面としての光学膜は、ガラス材料により形成されたベース部材の表面に設けられる。該光学膜は、ベース部材の側から順に積層された第１層および第２層を有する。そして、第１層は、膜厚方向における構成物質の組成比の変化に応じて、使用光に対する屈折率が連続的または段階的に変化する第１の領域を含む。また、第２層は、使用光の波長より短いピッチで形成された凹凸構造を有し、該凹凸構造における膜厚方向での空間占有率の変化に応じて、使用光に対する屈折率が連続的に変化する第２の領域を含むことを特徴とする。

なお、上記光学膜が表面に設けられた光学素子、該光学素子を含む光学系および光学機器もそれぞれ、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、屈折率が異なる様々なガラス材料により形成されたベース部材や様々な面積または表面形状を有するベース部材に対しても、波長帯域特性および入射角度特性に優れた性能を有し、かつ良好な生産性で形成可能な光学膜を実現することができる。

本発明の代表的な実施例である反射防止膜の構造を模式的に示す断面図および該反射防止膜の屈折率構造を示す図。 図１の反射防止膜に対する変形例の構造を模式的に示す断面図。 実施例１の反射防止膜の構造を模式的に示す断面図、該反射防止膜の屈折率構造を示す図および該反射防止膜の分光反射率特性を示す図。 実施例２の反射防止膜の構造を模式的に示す断面図、該反射防止膜の屈折率構造を示す図および該反射防止膜の分光反射率特性を示す図。 実施例３の反射防止膜の構造を模式的に示す断面図、該反射防止膜の屈折率構造を示す図および該反射防止膜の分光反射率特性を示す図。 実施例４の反射防止膜の構造を模式的に示す断面図、該反射防止膜の屈折率構造を示す図および該反射防止膜の分光反射率特性を示す図。 実施例５の反射防止膜の構造を模式的に示す断面図、該反射防止膜の屈折率構造を示す図および該反射防止膜の分光反射率特性を示す図。 実施例６の反射防止膜の構造を模式的に示す断面図、該反射防止膜の屈折率構造を示す図および該反射防止膜の分光反射率特性を示す図。 実施例７の光学系の構成を示す断面図。 実施例８の反射防止膜の構造を模式的に示す断面図、該反射防止膜の屈折率構造を示す図および該反射防止膜の分光反射率特性を示す図。 比較例１の反射防止膜の構造を模式的に示す断面図および該反射防止膜の屈折率構造を示す図。 比較例１の反射防止膜の分光反射率特性を示す図。 比較例１の反射防止膜の分光反射率特性を示す図。 実施例１〜７のガラス基板の屈折率、ガラス基板と第１層の屈折率差、第１層の屈折率および厚さ、第２層の屈折率および厚さを示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

まず、具体的な実施例の説明に先立って、各実施例に共通する事項について説明する。以下の説明では、本発明の実施例である光学膜を反射防止膜と称するが、必ずしも反射防止膜として用いなくてもよい。また、以下の説明において、屈折率の値は、使用光である波長５５０ｎｍの光に対する値である。

図１（Ａ）には、実施例の反射防止膜の基本構造を模式的に示している。図１（Ｂ）には、実施例の反射防止膜の基本的な屈折率構造を概略的に示している。

図１（Ａ）において、１０２はガラス材料により形成されたベース部材としてのガラス基板であり、表面が平面であるガラス平板や表面が曲面であるガラスレンズ（光学素子ベース部材）に相当する。１０３は反射防止膜であり、ガラス基板１０２の側から順に、第１層１０４と第２層１０５とが積層されて構成されている。ガラス基板１０２がガラスレンズである場合は、該ガラス基板１０２と反射防止膜１０３とにより、光学素子が構成される。

ガラス基板１０２の表面上に形成された第１層１０４は、膜厚方向（第１層１０４と第２層１０５の積層方向）における構成物質の組成比の変化に応じて、使用光に対する屈折率が連続的または段階的に変化する領域（第１の領域）を含む。この第１の領域の厚さｄ_１は、６０ｎｍ以上であることが望ましい。ただし、必要な特性が得られれば、６０ｎｍより薄くてもよい。

なお、図１（Ａ）には、第１層１０４の全体の厚さがｄ_１である（つまりは第１層１０４の全体が第１の領域に相当する）場合を示しているが、第１層１０４がｄ_１よりも厚く形成され、上述した第１の領域を膜厚方向の一部として含んでいてもよい。

第１層１０４上に形成された第２層１０５は、使用光の波長より短いピッチｐで形成された微細凹凸構造を有し、該凹凸構造における膜厚方向での空間占有率（フィリングファクタ）の変化に応じて、使用光に対する屈折率が連続的に変化する第２の領域を含む。ピッチｐは、図１（Ａ）に示すように、凹凸構造のうち隣り合う凸部の間隔に相当する。

ピッチｐは、４００ｎｍ以下であることが望ましい。ただし、使用光の波長より短い限り、４００ｎｍより大きくてもよい。

また、第２の領域の厚さは、１５０ｎｍ以上であることが望ましい。ただし、必要な特性が得られれば、１５０ｎｍより薄くてもよい。

第２の領域における「屈折率」の変化は、第１の領域のように構成物質の組成比が変化することで材料として屈折率が変化するのとは異なり、凹凸構造の空間占有率が変化することによる「有効屈折率」の変化を意味する。図１（Ａ）には、凸部の空間占有率が第１層１０４の側から減少し、凸部間に形成された凹部の空間占有率が第１層１０４の側から減少する場合を示している。

第１層１０４の製法は、層中（膜中）の構成物質の組成比を変化させて屈折率を変化させることができる方法であればどのような方法であってもよい。例えば、２源蒸着法や複数のソースガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いれば、同時に複数のガラス基板（レンズ等）上に成膜することが可能であるため、高い生産性が得られる。

ここでは、２源蒸着法について説明する。第１層の屈折率を最大値ｎ_１ａから最小値ｎ_１ｂ（＜ｎ_１ａ）まで厚さｄ_１にわたって変化させる場合、単成分で蒸着した際の屈折率がｎ_１ａ以上の蒸着材料Ｘと、ｎ_１ｂ以下の屈折率を有する蒸着材料Ｙとを用いる必要がある。蒸着材料Ｘの屈折率をｎ_Ｘとし、蒸着材料Ｙの屈折率をｎ_Ｙとすれば、任意の屈折率ｎ_Ｍ（ただし、ｎ_Ｙ≦ｎ_Ｍ≦ｎ_Ｘ）を実現するためには、Ｌｏｒｅｎｔｚ−Ｌｏｒｅｎｚの式である、

を満足するように、蒸着材料Ｘの体積分率ｆｆ_Ｘと蒸着材料Ｙの体積分率ｆｆ_Ｙとを決定すればよい。ただし、

である。

具体的な数値を用いて説明する。単成分にて成膜したときの屈折率が２．３２のチタニア（ＴｉＯ_２）と、同屈折率が１．４６のシリカ（ＳｉＯ_２）とを用いれば、２．３２から１．４６の間の任意の屈折率を有する膜を実現できる。
（１）式から、チタニアの体積分率を０．７０７とし、シリカの体積分率を０．２９３とすれば、屈折率２．０の膜が得られる。また、チタニアの体積分率を０．０６３とし、シリカの体積分率を０．９３７にすれば、屈折率１．５の膜が得られる。このため、チタニアとシリカの比率が成膜開始時の０．７０７：０．２９３から成膜終了時に０．０６３：０．９３７に変化するよう蒸着量を決定するパラメータを調整し、膜厚がｄ_１になるように成膜すればよい。これにより、屈折率が膜厚方向に２．０から１．５に連続的に変化する膜が得られる。蒸着量を決定するパラメータとは、各蒸着源の加熱温度やイオンアシスト量等である。

２源蒸着法とは異なる方法として、プラズマＣＶＤ法を用いても同様に、膜中の屈折率が膜厚方向に連続的または段階的に変化する膜を形成できる。プラズマＣＶＤ法では、ソースガスとして、ＳｉＮ_４（シラン）とＮＨ_３（アンモニア）を用いることで、屈折率２．０のシリコン窒化膜の形成が可能である。また、ソースガスとして、ＳｉＮ_４とＮ_２Ｏ（亜酸化窒素）を用いることで、屈折率１．４５のシリコン酸化膜の形成が可能である。このため、成膜中のソースガスをＳｉＮ_４＋ＮＨ_３から、ＳｉＮ_４＋Ｎ_２Ｏへと連続的または段階的に変化させることで、屈折率が膜厚方向において２．０から１．４５の範囲で連続的または段階的に変化する膜を形成できる。プラズマＣＶＤ法は、常圧ＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法に比べて低温での成膜が可能であるため、熱収縮等によるクラックや面精度の劣化が発生せず、レンズ上に成膜する場合に特に好適である。

一方、第２層の製法は、ピッチが使用波長よりも短い微細凹凸構造体であって、該凹凸構造体の空間占有率を膜厚方向に連続的に変化させることが可能な方法であればどのような方法でもよい。例えば、ナノインプリント法を用いて、金型の微細凹凸パターンを樹脂に転写する方法を用いることができる。また、ウェット法で形成したアルミナ膜を温水に浸漬することで得られる、酸化アルミニウムを主成分とする板状結晶を使用する方法を用いることができる。これらによれば、高い生産性が得られる。

ナノインプリント法では、電子ビーム露光等を用いてレジストをパターニングしてドライエッチングしたり、アルミニウムを陽極酸化したりすることによって得られる微細凹凸パターンを形成した金型を用いることができる。電子ビーム露光を用いた方法では、はじめ孔径の小さな孔を形成してエッチングを行い、続いて孔径を若干大きくしたパターンを形成してエッチングする方法を繰り返していけば、厚さ方向に空間占有率が連続的に変化する金型を形成することができる。

また、陽極酸化法では、金型表面をアルミニウムで形成し、シュウ酸等の酸溶液中で電圧を印加して小さな孔を形成し、続いてリン酸などに浸漬して孔径拡大処理を繰り返せば、厚さ方向に空間占有率が連続的に変化する金型を形成することができる。そして、ガラス基板上に形成した第１層上に紫外線硬化樹脂を滴下し、上記のように微細凹凸形状が形成された金型を該樹脂に圧着してレンズの反対面から紫外線を照射することで樹脂を硬化させ、その後離型すれば、微細凹凸構造の第２層を形成することができる。
第２層の屈折率を、膜厚方向に最大値ｎ_２ａから最小値ｎ_２ｂ（＜ｎ_２ａ）まで、厚さｄ_２にわたって変化させる場合には、屈折率がｎ_２ａ以上の材料Ｒからなる微細凹凸構造体を形成する必要がある。材料Ｒの屈折率をｎ_Ｒとすれば、任意の（有効）屈折率ｎ_ｅｆｆ（ただし、１≦ｎ_ｅｆｆ≦ｎ_Ｒ）を実現するためには、先の説明と同様に、Ｌｏｒｅｎｔｚ−Ｌｏｒｅｎｚの式である、

を満足するように、材料Ｒ（つまりは凹凸構造の凸部）の空間占有率ｆｆ_Ｒを決定すればよい。

したがって、例えば、屈折率が１．５の紫外線硬化型樹脂により三角錐形状の凸部がピッチｐで多数形成された微細凹凸構造を形成することで、屈折率が膜厚方向に１．５から１．０まで連続的に変化する膜を形成することができる。

また、第２層に、ウェット法等で形成したアルミナ膜を温水に浸漬することで得られる板状結晶を使用する場合は、図２に示すように微細凹凸構造（１０５）の周期（ピッチ）がランダムになる。この場合でも、隣り合う凸部間の間隔（ピッチ）ｐ′が、使用光の波長よりも小さければ、図１（Ａ）に示すような規則的な凹凸構造と同等の効果が得られる。

実施例の反射防止膜は、様々な屈折率を有するガラス基板１０２からその外側の空気に向かって、大きな屈折率ギャップを生じることなく、屈折率が連続的または段階的に変化することで、高い反射防止性能を発揮する。

反射防止機能を得るための微細凹凸構造を大きな面積の領域や曲面上に高い生産性を有する方法で形成するには、上記の２つの方法が考えられる。しかし、ナノインプリント法で形成可能な樹脂やアルミナ膜を温水浸漬することで得られる板状結晶は、最大でも屈折率が１．６程度である。このため、これらの微細凹凸構造を直接、高屈折率（１．７以上）のガラス基板上に形成しても、大きな屈折率ギャップが生じて高い反射防止性能を実現することが困難になる。

例えば、屈折率２．０のガラス基板上に屈折率１．６の膜を形成した場合、その界面で発生する反射率は入射角０°の場合において１．２３％にも及ぶ。 そこで、実施例の反射防止膜は、微細凹凸構造からなる反射防止膜である第２層１０５とガラス基板１０４との間に、この間に大きな屈折率ギャップを生じさせないように、屈折率が連続的に変化する膜である第１層１０４を配置している。これにより、ガラス基板から空気に向かって屈折率を連続的に変化させることができ、高い反射防止性能を実現することができる。

ガラス基板（ガラス材料）１０２の使用光に対する屈折率をｎ_Ｇとし、第１層１０４の第１の領域における屈折率の最大値をｎ_１ａ、最小値をｎ_１ｂとし、第２層１０５の第２の領域における屈折率の最大値をｎ_２ａ、最小値をｎ_２ｂとする。このとき、これらの屈折率は以下の条件（３）〜（６）を満足することが望ましい。

０≦ｎ_Ｇ−ｎ_１ａ≦０．０８ …（３）
０≦ｎ_１ｂ−ｎ_２ａ≦０．０８ …（４）
０．０２≦ｎ_１ａ−ｎ_１ｂ≦０．６ …（５）
０．３≦ｎ_２ａ−ｎ_２ｂ≦０．６ …（６）
ここで、条件（３）のｎ_Ｇ−ｎ_１ａは、ガラス基板と第１層の界面の屈折率差であり、条件（４）のｎ_１ｂ−ｎ_２ａは、第１層と第２層の界面の屈折率である。これらの差が０．０８以上になると界面での反射率が０．１％を超える場合があり、高性能な反射防止膜の実現が困難となる。

また、条件（５）は第１層の膜中での屈折率変化量であり、条件（６）は第２層の膜中での屈折率変化量である。
反射は屈折率の異なる界面に光が入射した際に起こる物理現象であるが、屈折率が連続的に変化する膜でも反射が起こらないわけではない。このような場合は、膜を厚さ方向に数ｎｍの厚さで多数の層に分割し、各層の屈折率を層内の平均値の屈折率に置き換えることで多層膜として現象を理解することができる。この方法で考えると、屈折率が連続で変化する場合には厚さ方向のあらゆる場所で振幅の小さな反射波が発生することとなる。最終的にこれらの反射波が干渉することで反射を低減することになる。このため、第１層は条件（５）を満たす範囲で厚さ６０ｎｍ以上にわたって屈折率が変化し、第２層は条件（６）を満たす範囲で厚さ１５０ｎｍ以上にわたって屈折率が変化することで干渉後の反射波の振幅を小さくすることができる。

すなわち、第１層と第２層の合計膜厚が２１０ｎｍ以上にわたって条件（５）、（６）を満たすように屈折率が変化することで、例えば屈折率２．０の高屈折率ガラス基板であっても高い反射防止性能が得られる。 以上述べたように、実施例の反射防止膜は、図１（Ｂ）に示すように、ガラス基板１０２の側から外側の媒質である空気（屈折率は１．０）に向かって、膜中の屈折率が連続的に変化する屈折率構造を実現している。このため、可視域（例えば、波長４００〜７００ｎｍ程度）の全域にわたる広い波長帯域で、かつ０〜６０°のような大きな入射角度範囲にわたって優れた反射防止性能を実現することができる。そして、実施例の反射防止膜を形成した光学素子（レンズ等）を用いることで、フレアやゴースト等の不要光の発生を抑制した高性能の光学系や光学機器を実現することができる。

なお、第１層１０４および第２層１０５のそれぞれにおいて、屈折率は必ずしも連続的（滑らかに）に変化する必要はなく、段階的に変化してもよい。

また、ガラス基板１０２から第１層１０４および第２層１０５にかけても、屈折率は必ずしも連続的（滑らかに）に変化する必要はなく、それぞれの界面での反射が小さい限り、段階的に変化してもよい。

以下、具体的な実施例（数値例）について説明する。各実施例では、ガラス基板がガラスレンズである場合、つまり、ガラス基板と反射防止膜とにより光学素子が構成される場合について説明する。

また、各実施例では、第１層および第２層の全体がそれぞれ、第１の領域および第２の領域として形成されている場合について説明する。ただし、前述したように、第１層および第２層のそれぞれの一部が第１の領域および第２の領域として形成されてもよい。

さらに、以下の実施例では、各層の製法の概略を説明するが、その製法は例にすぎず、他の製法を用いてもよい。

図３（Ａ）には、実施例１（数値例１）としての反射防止膜の断面を示している。この図において、４０２は屈折率２．０１のガラス基板（株式会社オハラ製Ｓ−ＬＡＨ７９）であり、４０３は本実施例の反射防止膜であり、４０１はこれらガラス基板４０２と反射防止膜４０３により構成される光学素子である。

反射防止膜４０３は、ガラス基板４０２の側から順に積層された第１層４０４と第２層４０５とを有する。第１層４０４は、屈折率２．３２のチタニアと屈折率１．４６のシリカの２源蒸着法を用いて形成されたものである。第１層４０４の厚さｄ_１は１８０ｎｍであり、その屈折率は膜厚方向におけるガラス基板側から、２．０１から１．４９まで連続的に変化（減少）する。

第２層４０５は、屈折率１．４９の紫外線硬化型樹脂により形成された微細凹凸構造により構成されている。この微細凹凸構造は、ナノインプリント法を用いて、厚さ（高さ）ｄ_２が３６０ｎｍの四角錐形状の凸部がピッチ１４０ｎｍで多数存在するように形成されたものである。第２層４０５の屈折率は、膜厚方向における第１層側から、１．４９から１．０まで連続的に変化（減少）する。

図３（Ｂ）には、本実施例の屈折率構造を示す。上述した第１層４０４と第２層４０５を形成したことで、屈折率はガラス基板４０２側の２．０１から１．０に連続的に変化する。第２層４０５は、四角錐形状の凸部が多数形成された凹凸構造を有するため、その空間占有率ｆｆ_Ｒは、凸部の先端からの厚さの２乗に比例して増加する。したがって、図３（Ａ）に示すように、屈折率が曲線状に変化している。

図３（Ｃ）には、本実施例の分光反射率特性を示している。屈折率が２．０１という高屈折率のガラス基板を用いたにも関わらず、入射角０〜４５°では可視域の全域にわたって反射率が０．４％以下という高い反射防止性能を実現している。また、６０°という大きな入射角度に対しても、可視域の全域で反射率が約１．６％以下という優れた反射防止性能を実現している。

図４（Ａ）には、実施例２（数値例２）としての反射防止膜の断面を示している。この図において、７０２は屈折率２．０１のガラス基板（株式会社オハラ製Ｓ−ＬＡＨ７９）であり、７０３は本実施例の反射防止膜であり、７０１はこれらガラス基板７０２と反射防止膜７０３により構成される光学素子である。

反射防止膜７０３は、ガラス基板７０２の側から順に積層された第１層７０４と第２層７０５とを有する。第１層７０４は、屈折率２．０４のジルコニア（ＺｒＯ_２）と屈折率１．４６のシリカの２源蒸着法を用いて形成されたものである。第１層７０４の厚さｄ_１は１０５ｎｍであり、その屈折率は膜厚方向におけるガラス基板側から、１．９５から１．４８まで連続的に変化（減少）する。

第２層７０５は、酸化アルミニウムを含有する溶液をスピンコート法で塗布し、乾燥後、形成された膜を温水に浸漬し、表面に板状結晶を析出させることで形成された微細凹凸構造により構成されている。第２層７０５の厚さｄ_２は２３０ｎｍであり、その屈折率は膜厚方向における第１層側から、１．４２から１．０に連続的に変化（減少）する。微細凹凸構造のピッチｐ′はランダムであるが、使用光の波長よりは小さい。

図４（Ｂ）には、本実施例の屈折率構造を示す。また、図４（Ｃ）には、本実施例の分光反射率特性を示す。本実施例では、屈折率が２．０１と高屈折率のガラス基板７０２を用いたにも関わらず、入射角０〜４５°にて可視域の全域にわたり反射率が０．２％以下という高い反射防止性能を実現している。また、６０°という大きな入射角度に対しても、可視域の全域で反射率が１．５％以下という優れた反射防止性能を実現している。

本実施例における屈折率構造では、ガラス基板７０２と第１層７０４との界面および第１層７０４と第２層７０５との界面にてそれぞれ若干の屈折率ギャップがある。しかし、屈折率差を０．０６という小さな値にしているため、界面での反射は小さく、反射防止性能を低下させる要因とはならない。

図５（Ａ）には、実施例３（数値例３）としての反射防止膜の断面を示している。この図において、１００２は屈折率１．８９のガラス基板（株式会社オハラ製Ｓ−ＬＡＨ５８）であり、１００３は本実施例の反射防止膜であり、１００１はこれらガラス基板１００２と反射防止膜１００３により構成される光学素子である。

反射防止膜１００３は、ガラス基板１００２の側から順に積層された第１層１００４と第２層１００５とを有する。第１層１００４は、プラズマＣＶＤ法を用いて、シリコン酸窒化膜における酸素と窒素の比率を連続的に変化させることで形成されたものである。第１層１００４の厚さｄ_１は９５ｎｍであり、その屈折率は膜厚方向におけるガラス基板側から、１．８７から１．５１まで連続的に変化（減少）する。

第２層１００５は、屈折率１．４９の紫外線硬化型樹脂により形成された微細凹凸構造により構成されている。この微細凹凸構造は、ナノインプリント法を用いて、厚さ（高さ）ｄ_２が２４０ｎｍの四角錐形状の凸部がピッチ１２０ｎｍで多数存在するように形成されたものである。第２層１００５の屈折率は、膜厚方向における第１層側から、１．４９から１．０まで連続的に変化（減少）する。

図５（Ｂ）には、本実施例の屈折率構造を示す。また、図５（Ｃ）には、本実施例の分光反射率特性を示す。本実施例では、屈折率が１．８８と高屈折率のガラス基板１００２を用いたにも関わらず、入射角０〜４５°にて可視域の全域にわたり反射率が０．４％以下という極めて高い反射防止性能を実現している。また、６０°という大きな入射角度に対しても、可視域の全域で反射率が２．５％以下という優れた反射防止性能を実現している。

図６（Ａ）には、実施例４（数値例４）としての反射防止膜の断面を示している。この図において、１３０２は屈折率１．６５のガラス基板（株式会社オハラ製Ｓ−ＬＡＬ５４）であり、１３０３は本実施例の反射防止膜であり、１３０１はこれらガラス基板１３０２と反射防止膜１３０３により構成される光学素子である。

反射防止膜１３０３は、ガラス基板１３０２の側から順に積層された第１層１３０４と第２層１３０５とを有する。第１層１３０４は、屈折率２．０４のジルコニアと屈折率１．４６のシリカの２源蒸着法を用いて形成されたものである。第１層１３０４の厚さｄ_１は９５ｎｍであり、その屈折率は膜厚方向におけるガラス基板側から、１．６５から１．４６まで連続的に変化（減少）する。

第２層１３０５は、酸化アルミニウムを含有する溶液をスピンコート法で塗布し、乾燥後、形成された膜を温水に浸漬し、表面に板状結晶を析出させることで形成された微細凹凸構造により構成されている。第２層１３０５の厚さｄ_２は２８０ｎｍであり、その屈折率は膜厚方向における第１層側から、１．４２から１．０に連続的に変化（減少）する。微細凹凸構造のピッチｐ′はランダムであるが、使用光の波長よりは小さい。

図６（Ｂ）には、本実施例の屈折率構造を示す。また、図６（Ｃ）には、本実施例の分光反射率特性を示す。本実施例では、入射角０〜４５°にて可視域の全域にわたり反射率が０．１％以下という高い反射防止性能を実現している。また、６０°という大きな入射角度に対しても、可視域の全域で反射率が１．２％以下という優れた反射防止性能を実現している。

図７（Ａ）には、実施例５（数値例５）としての反射防止膜の断面を示している。この図において、１６０２は屈折率１．５９のガラス基板（株式会社オハラ製Ｌ−ＢＡＬ４２）であり、１６０３は本実施例の反射防止膜であり、１６０１はこれらガラス基板１６０２と反射防止膜１６０３により構成される光学素子である。

反射防止膜１６０３は、ガラス基板１６０２の側から順に積層された第１層１６０４と第２層１６０５とを有する。第１層１６０４は、屈折率２．０４のジルコニアと屈折率１．４６のシリカの２源蒸着法を用いて形成されたものである。第１層１６０４の厚さｄ_１は９５ｎｍであり、その屈折率は膜厚方向におけるガラス基板側から、１．５７から１．４６まで連続的に変化（減少）する。

第２層１６０５は、酸化アルミニウムを含有する溶液をスピンコート法で塗布し、乾燥後、形成された膜を温水に浸漬し、表面に板状結晶を析出させることで形成された微細凹凸構造により構成されている。第２層１６０５の厚さｄ_２は２９０ｎｍであり、その屈折率は膜厚方向における第１層側から、１．４２から１．０に連続的に変化（減少）する。微細凹凸構造のピッチｐ′はランダムであるが、使用光の波長よりは小さい。

図７（Ｂ）には、本実施例の屈折率構造を示す。また、図７（Ｃ）には、本実施例の分光反射率特性を示す。本実施例では、入射角０〜４５°にて可視域の全域にわたり反射率が０．１％以下という高い反射防止性能を実現している。また、６０°という大きな入射角度に対しても、可視域の全域で反射率が１．２％以下という優れた反射防止性能を実現している。

図８（Ａ）には、実施例６（数値例６）としての反射防止膜の断面を示している。この図において、１９０２は屈折率１．５２のガラス基板（株式会社オハラ製Ｓ−ＢＳＬ７）であり、１９０３は本実施例の反射防止膜であり、１９０１はこれらガラス基板１９０２と反射防止膜１９０３により構成される光学素子である。

反射防止膜１９０３は、ガラス基板１９０２の側から順に積層された第１層１９０４と第２層１９０５とを有する。第１層１９０４は、屈折率２．０４のジルコニアと屈折率１．４６のシリカの２源蒸着法を用いて形成されたものである。第１層１９０４の厚さｄ_１は７０ｎｍであり、その屈折率は膜厚方向におけるガラス基板側から、１．４９から１．４６まで連続的に変化（減少）する。

第２層１９０５は、酸化アルミニウムを含有する溶液をスピンコート法で塗布し、乾燥後、形成された膜を温水に浸漬し、表面に板状結晶を析出させることで形成された微細凹凸構造により構成されている。第２層１９０５の厚さｄ_２は３２０ｎｍであり、その屈折率は膜厚方向における第１層側から、１．４１から１．０に連続的に変化（減少）する。微細凹凸構造のピッチｐ′はランダムであるが、使用光の波長よりは小さい。

図８（Ｂ）には、本実施例の屈折率構造を示す。また、図８（Ｃ）には、本実施例の分光反射率特性を示す。本実施例では、入射角０〜４５°にて可視域の全域にわたり反射率が０．１％以下という高い反射防止性能を実現している。また、６０°という大きな入射角度に対しても、可視域の全域で反射率が１．０％以下という優れた反射防止性能を実現している。
（比較例１）
ここで、比較例１として、上述した実施例２の第１層として、屈折率が一定である通常の膜を用いた場合について、図１１〜図１３を用いて説明する。

図１１（Ａ）には、比較例１の反射防止膜の断面を示している。この図において、３１０２は屈折率２．０１のガラス基板（株式会社オハラ製Ｓ−ＬＡＨ７９）であり、３１０３は本比較例の反射防止膜であり、３１０１はこれらガラス基板３１０２と反射防止膜３１０３により構成される光学素子である。

反射防止膜３１０３は、ガラス基板３１０２の側から順に積層された第１層３１０４と第２層３１０５とを有する。第１層３１０４は、厚さｄ_１が７０ｎｍで、屈折率が１．７０の均一な薄膜である。一方、第２層３１０５は、実施例２の第２層７０５と同じものである。

図１１（Ｂ）には、本比較例の屈折率構造を示す。また、図１２（Ａ）には、本比較例の分光反射率特性を示す。第１層として屈折率が均一な膜を用いたために、入射角０〜３０°において短波長側での反射率が０．５％以上となっており、実施例２の分光反射率特性（図４（Ｃ））と比較して、波長帯域特性および入射角度特性が劣っている。

また、第１層３１０４の厚さｄ_１を７５ｎｍに変更した場合の分光反射率特性を図１２（Ｂ）に、厚さｄ_１を６５ｎｍに変更した場合の分光反射率特性を図１２（Ｃ）に示す。第１層の厚さｄ_１を７５ｎｍに変更した場合は、短波長側の反射率特性がさらに劣化し、厚さｄ_１を６５ｎｍに変更した場合は、長波長側の反射率特性が劣化する。

さらに、第１層の厚さｄ_１を７０ｎｍとし、その屈折率ｎ_１を１．７５に変更した場合の分光反射率特性を図１３（Ａ）に、屈折率ｎ_１を１．６５に変更した場合の反射率特性を図１３（Ｂ）に示す。第１層の屈折率ｎ_１を１．７５にした場合は、短波長側の反射率は改善されず、さらに可視域の全域にわたって反射率が上昇してしまう。また、屈折率ｎ_１を１．６５にした場合も、入射角０〜３０°での短波長側の反射率を抑制できない。

したがって、第１層として屈折率が連続的に変化しない層を設けた場合は、その屈折率や厚さをどのように設定しても、実施例２のような優れた反射防止特性は得られないことが分かる。

図９には、本発明の実施例７としての光学系の構成を示している。また、本実施例の光学系の数値例を本実施例の最後に示す。

図９において、２２１１は光学系の全体を示している。この光学系２２１１は、焦点距離が１４ｍｍのカメラ用の広画角レンズである。また、２２１２は絞りであり、２２１３は撮像素子である。光学系２２１１および撮像素子２２１３、さらに撮像素子２２１３からの出力を用いて画像を生成する不図示の画像処理回路等は、本体２４００内に収容されて保持されている。これにより、光学機器としての撮像装置が構成される。

光学系２２１１において、２２０１は実施例１〜６で説明した光学素子としてのレンズであり、その光学素子ベース部材（ガラスレンズ）２２０２は、屈折率が１．７０のガラス（株式会社オハラ製Ｓ−ＬＡＬ１４）により形成されている。ガラスレンズ２２０２の像側の面（ｒ０２面）には、実施例１〜６で説明した反射防止膜２２０３が形成されている。図９には、反射防止膜２２０３を破線で示しいている。

図１０（Ａ）には、反射防止膜２２０３の断面を示している。反射防止膜２３０３は、ガラスレンズ２２０２の側から順に積層された第１層２３０４と第２層２３０５とを有する。第１層２３０４は、屈折率２．０４のジルコニアと屈折率１．４６のシリカの２源蒸着法を用いて形成されたものである。第１層２３０４の厚さｄ_１は９５ｎｍであり、その屈折率は膜厚方向におけるガラスレンズ側から、１．６８から１．４６まで連続的に変化（減少）する。

第２層２３０５は、酸化アルミニウムを含有する溶液をスピンコート法で塗布し、乾燥後、形成された膜を温水に浸漬し、表面に板状結晶を析出させることで形成された微細凹凸構造により構成されている。第２層２３０５の厚さｄ_２は２９０ｎｍであり、その屈折率は膜厚方向における第１層側から、１．４２から１．０に連続的に変化する。微細凹凸構造のピッチｐ′はランダムであるが、使用光の波長よりは小さい。

図１０（Ｂ）には、本実施例の屈折率構造を示す。また、図１０（Ｃ）には、本実施例の分光反射率特性を示す。本実施例では、入射角０〜４５°にて可視域の全域にわたり反射率が０．１％以下という高い反射防止性能を実現している。また、６０°という大きな入射角度に対しても、可視域の全域で反射率が１％以下という優れた反射防止性能を実現している。このため、本実施例の光学系２２１１は、フレアやゴースト等といった撮影画像の画質を劣化させる有害光の発生を抑制することができる高品位な光学系として構成されている。

なお、本実施例では、光学系２２１１をカメラ用の広画角レンズとして説明したが、望遠レンズ等の他のカメラ用レンズや、双眼鏡等の観察光学機器の観察光学系に各実施例で説明した反射防止膜を用いてもよい。
（光学系の数値例）

実施例１〜７のガラス基板の屈折率、ガラス基板と第１層の屈折率差、第１層の屈折率および厚さ、第２層の屈折率および厚さを、図１４にまとめて示す。

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。

光学機器等に利用可能で、優れた反射防止性能等を有する光学膜を提供できる。

１０２ ガラス基板
１０３ 反射防止膜
１０１ 第１層
１０５ 第２層

Claims (6)

1. ガラス材料により形成されたベース部材の表面に設けられる光学膜であって、
   前記ベース部材の側から順に積層された第１層および第２層を有し、
   前記第１層は、膜厚方向における構成物質の組成比の変化に応じて、使用光に対する屈折率が連続的または段階的に変化する第１の領域を含み、
   前記第２層は、前記使用光の波長より短いピッチで形成された凹凸構造を有し、該凹凸構造における前記膜厚方向での空間占有率の変化に応じて、前記使用光に対する屈折率が連続的に変化する第２の領域を含むことを特徴とする光学膜。
2. 前記使用光の波長が可視域の波長であり、
   前記膜厚方向における前記第１の領域の厚さが６０ｎｍ以上であり、前記第２の領域の厚さが１５０ｎｍ以上であり、かつ前記凹凸構造の前記ピッチが４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学膜。
3. 前記ガラス材料の前記使用光に対する屈折率をｎ_Ｇとし、前記第１の領域における前記屈折率の最大値をｎ_１ａ、最小値をｎ_１ｂとし、前記第２の領域における前記屈折率の最大値をｎ_２ａ、最小値をｎ_２ｂとするとき、
   ０≦ｎ_Ｇ−ｎ_１ａ≦０．０８
   ０≦ｎ_１ｂ−ｎ_２ａ≦０．０８
   ０．０２≦ｎ_１ａ−ｎ_１ｂ≦０．６
   ０．３≦ｎ_２ａ−ｎ_２ｂ≦０．６
   を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学膜。
4. ガラス材料により形成された光学素子ベース部材と、
   該光学素子ベース部材の表面に設けられた請求項１から４のいずれか１項に記載の光学膜とを有することを特徴とする光学素子。
5. 請求項４に記載の光学素子を含むことを特徴とする光学系。
6. 本体と、
   該本体により保持された請求項５に記載の光学素子とを有することを特徴する光学機器。