JP2014157326A - 反射防止膜及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】フッ化物を用いることなく、様々な形状のレンズに対して低コストにレンズ面内の反射率を低減でき、設計が容易な反射防止膜及び光学素子を提供する。
【解決手段】反射防止膜１００は、基板２００上に、基板２００の表面側から順に、ＳｉＯ_２を主成分とする低屈折率層Ｌと、金属酸化物及び金属窒化物のうち少なくとも一方を主成分とする高屈折率層Ｈと、が交互に積層されて７層に形成される。そして、０．０８６６×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_１≦０．０８９２×λ、０．０３９５×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_２≦０．０４０７×λ、０．１９×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_３≦０．３２×λ、０．０４２８×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_４≦０．０４４１×λ、０．１００４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_５≦０．１０３５×λ、０．４５９３×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_６≦０．４７３３×λ、０．２２０４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_７≦０．２２７２×λの関係を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射防止膜及び反射防止膜を備えた光学素子に関する。

従来、カメラや放送機器などの電子機器に用いられる光学素子の表面に、透明誘電体多層膜を積層することにより、その干渉効果を利用して可視域で反射防止効果を得ていた。近年では、デジタルカメラの広角化と低価格化が進み、デジタルカメラにおいては、湾曲の大きな凹面とする高屈折率硝材で構成されたレンズが用いられるようになってきている。

このような状況で様々なレンズに成膜する際、レンズ表面内の膜ムラに対応して、反射を低減しなければならない。そのため、レンズの形状及びその形状による膜ムラに合わせた、反射防止膜の必要最小限の波長帯域の膜設計が、コスト及び性能の満足のために適用されるようになってきている。反射防止帯域や反射率などの分光特性は、積層に用いる誘電体の材料及び厚さの組み合わせに依存している。例えば低屈折率材料としてフッ化マグネシウムを用いることによって、低反射率かつ反射防止帯域の大きな多層反射防止膜を形成することが可能となっている。例えば低屈折率材料としてフッ化マグネシウムを、高屈折率材料としてＬａ_２Ｔｉ_２Ｏ_７−ｘ（ｘ＝０．３〜０．７）を用いて多層反射防止膜を形成し、可視域の広い波長域で反射防止効果を得る方法が提案されている（特許文献１参照）。

特許第４４０６９８０号公報

しかしながら、上記フッ化物を用いた従来の多層反射防止膜では、新たなレンズ形状や曲率の種類に応じて設計を変更して反射防止帯域の幅などを変更する際に、試行的に成膜した多層膜の光学特性から膜厚の面内分布を予測する必要がある。そして、その結果得られた面内分布と要求される反射防止特性とを加味して、再設計と再成膜、そして特性確認を行う作業を繰り返す必要がある。

その特性確認においては、新たに全層の膜構成を変更し再設計した場合、全層の膜厚と屈折率の膜厚方向のプロファイルを、試作した多層膜の光学特性から計算により予測し試作するといった最適化の作業を繰り返す必要があった。したがって、所望の光学特性が得られるまでの試行回数が増加してしまう問題があった。

更に、フッ化物による薄膜を蒸着により成膜した場合には、曲率半径が小さく凹凸の大きなレンズにおいては、膜厚ムラが大きく、反射防止波長帯域の広い設計を適用したとしても、レンズ面内の反射率が低下してしまう問題があった。

またスパッタを用いて成膜した場合には、フッ化物誘電体薄膜を作成する際に必要なフッ素は毒性が強いため、環境への負荷が大きく、材料費や供給装置、処理装置等のコストが高く、デジタルカメラやビデオ等のレンズに適用できない問題があった。

そこで、本発明は、フッ化物を用いることなく、様々な形状のレンズに対して低コストにレンズ面内の反射率を低減でき、設計が容易な反射防止膜及び光学素子を提供する。

本発明の反射防止膜は、屈折率が１．７９１以上、かつ１．８６８以下である透明な基板上に、前記基板の表面側から順に、ＳｉＯ_２を主成分とする低屈折率層と、金属酸化物及び金属窒化物のうち少なくとも一方を主成分とする高屈折率層と、が交互に積層されて７層に形成され、設計中心波長λの光に対する前記低屈折率層及び前記高屈折率層の屈折率をそれぞれｎ_Ｌ及びｎ_Ｈとしたとき、１．４３７≦ｎ_Ｌ≦１．４６６、２．１６４≦ｎ_Ｈ≦２．２０８、の関係を満たし、かつ、各層の幾何学的膜厚を、前記基板の表面側から数えて第１層から第７層まで順にｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、ｄ_４、ｄ_５、ｄ_６、ｄ_７としたとき、０．０８６６×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_１≦０．０８９２×λ、０．０３９５×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_２≦０．０４０７×λ、０．１９×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_３≦０．３２×λ、０．０４２８×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_４≦０．０４４１×λ、０．１００４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_５≦０．１０３５×λ、０．４５９３×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_６≦０．４７３３×λ、０．２２０４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_７≦０．２２７２×λ、の関係を満たすように成膜されていることを特徴とする。

また、本発明の反射防止膜は、屈折率が１．７０６以上、かつ１．７９１未満である透明な基板上に、前記基板の表面側から順に、ＳｉＯ_２を主成分とする低屈折率層と、金属酸化物及び金属窒化物のうち少なくとも一方を主成分とする高屈折率層と、が交互に積層されて７層に形成され、設計中心波長λの光に対する前記低屈折率層及び前記高屈折率層の屈折率をそれぞれｎ_Ｌ及びｎ_Ｈとしたとき、１．４３７≦ｎ_Ｌ≦１．４６６、２．１６４≦ｎ_Ｈ≦２．２０８、の関係を満たし、かつ、各層の幾何学的膜厚を、前記基板の表面側から数えて第１層から第７層まで順にｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、ｄ_４、ｄ_５、ｄ_６、ｄ_７としたとき、０．０８７３×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_１≦０．０９０×λ、０．０３２９×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_２≦０．０３３９×λ、０．１９×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_３≦０．３２×λ、０．０４７８×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_４≦０．０４９２×λ、０．１０７５×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_５≦０．１１０７×λ、０．４６９７×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_６≦０．４８４０×λ、０．２２３４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_７≦０．２３０２×λ、の関係を満たすように成膜されていることを特徴とする。

本発明によれば、反射防止膜の各層がフッ化物を用いることなく成膜されるので、膜厚ムラが小さく、各膜厚が関係式の範囲内に設定されることで、可視域の広い波長域において反射防止効果を得ることができる。また、第１層から第７層のうちいずれか一層の幾何光学的膜厚を、関係式の範囲内で変更するだけで、基板の形状や曲率の種類に対応した反射防止帯域に変えることが可能である。したがって、基板の形状や曲率に拘らず、反射防止膜の反射率を、少ない試作回数で容易に低減することが可能である。また、フッ素ガスの材料費、フッ素ガスの供給、排ガス処理設備費等のコストが不要となり、生産性を大幅に向上させることが可能となる。

本発明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模式図である。 実施例による光学薄膜の成膜方法に用いる成膜装置を示す模式図である。 実施例による光学素子の構成を示す図である。 実施例１による反射防止膜の分光特性を示すグラフである。 実施例２による反射防止膜の分光特性を示すグラフである。 実施例３による反射防止膜の分光特性を示すグラフである。 実施例４による反射防止膜の分光特性を示すグラフである。 実施例５による反射防止膜の分光特性を示すグラフである。 実施例６による反射防止膜の分光特性を示すグラフである。 比較例１による反射防止膜の分光特性を示すグラフである。 比較例２による反射防止膜の分光特性を示すグラフである。 比較例３による反射防止膜の分光特性を示すグラフである。 比較例４による反射防止膜の分光特性を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光学素子の概略構成を示す模式図である。レンズ等の光学素子３００は、透明の基板２００と、基板上に形成された多層の反射防止膜１００と、を備えている。反射防止膜１００は、基板２００の表面側から数えて、第１層１０１、第２層１０２、第３層１０３、第４層１０４、第５層１０５、第６層１０６及び第７層１０７の誘電体層が積層された７層構造の反射防止膜である。なお、基板２００と反射防止膜１００との間には、基板２００直上の密着性、環境耐久性等を改善するための基板屈折率とマッチングする光学特性に影響を与えない調整層（不図示）があってもよい。調整層は、Ａｌ酸化物、窒化物、若しくはそれら混合物、又はＳｉ酸化物、窒化物若しくはそれらの混合物からなる。この調整層は、基板２００と反射防止膜１００との密着性や耐環境性に問題が生じる場合に、その改善のために挿入するものである。

本実施形態では、基板２００は、屈折率が１．７９１以上、かつ１．８６８以下の透明の光学ガラスである。反射防止膜１００は、基板２００の表面２００ａ側から順に、屈折率１．４３７〜１．４６６の低屈折率層Ｌと、屈折率２．１６４〜２．２０８の高屈折率層Ｈとが、交互に積層されて形成されている。低屈折率層Ｌは、ＳｉＯ_２を主成分とする。高屈折率層Ｈは、金属酸化物（例えばＮｂ_２Ｏ_５及びＴａ_２Ｏ_５のうち少なくとも一方）を主成分とする。即ち、第１層１０１、第３層１０３、第５層１０５及び第７層１０７が低屈折率層Ｌ、第２層１０２、第４層１０４及び第６層１０６が高屈折率層Ｈである。そして、設計中心波長λ（ｎｍ）の光に対する低屈折率層Ｌの屈折率をｎ_Ｌ、設計中心波長λ（ｎｍ）の光に対する高屈折率層Ｈの屈折率をｎ_Ｈとしたとき、１．４３７≦ｎ_Ｌ≦１．４６６、２．１６４≦ｎ_Ｈ≦２．２０８の関係を満たす。なお、高屈折率層Ｈは、金属酸化物を主成分としたが、金属窒化物が主成分であってもよく、また、金属酸化物及び金属窒化物の混合物を主成分とするものであってもよい。

ここで、各層１０１〜１０７の幾何学的膜厚を、基板２００の表面２００ａ側から数えて第１層１０１から第７層１０７まで順に、ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、ｄ_４、ｄ_５、ｄ_６、ｄ_７（ｎｍ）とする。このとき、反射防止膜１００は、以下の関係式を満たすように成膜されている。
０．０８６６×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_１≦０．０８９２×λ
０．０３９５×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_２≦０．０４０７×λ
０．１９×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_３≦０．３２×λ
０．０４２８×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_４≦０．０４４１×λ
０．１００４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_５≦０．１０３５×λ
０．４５９３×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_６≦０．４７３３×λ
０．２２０４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_７≦０．２２７２×λ

この膜厚範囲において、光の波長４１０（ｎｍ）〜７００（ｎｍ）で１．２％以下の反射率を達成できる。

また、別の実施形態として、基板２００は、屈折率が１．７０６以上、かつ１．７９１未満の透明の光学ガラスである。反射防止膜１００は、基板２００の表面２００ａ側から順に、屈折率１．４３７〜１．４６６の低屈折率層Ｌと、屈折率２．１６４〜２．２０８の高屈折率層Ｈとが、交互に積層されて形成されている。低屈折率層Ｌは、ＳｉＯ_２を主成分とする。高屈折率層Ｈは、金属酸化物（例えばＮｂ_２Ｏ_５及びＴａ_２Ｏ_５のうち少なくとも一方）を主成分とする。即ち、第１層１０１、第３層１０３、第５層１０５及び第７層１０７が低屈折率層Ｌ、第２層１０２、第４層１０４及び第６層１０６が高屈折率層Ｈである。そして、設計中心波長λ（ｎｍ）の光に対する低屈折率層Ｌの屈折率をｎ_Ｌ、設計中心波長λ（ｎｍ）の光に対する高屈折率層Ｈの屈折率をｎ_Ｈとしたとき、１．４３７≦ｎ_Ｌ≦１．４６６、２．１６４≦ｎ_Ｈ≦２．２０８の関係を満たす。なお、高屈折率層Ｈは、金属酸化物を主成分としたが、金属窒化物が主成分であってもよく、また、金属酸化物及び金属窒化物の混合物を主成分とするものであってもよい。

ここで、各層１０１〜１０７の幾何学的膜厚を、基板２００の表面２００ａ側から数えて第１層１０１から第７層１０７まで順に、ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、ｄ_４、ｄ_５、ｄ_６、ｄ_７（ｎｍ）とする。このとき、反射防止膜１００は、以下の関係式を満たすように成膜されている。
０．０８７３×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_１≦０．０９０×λ
０．０３２９×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_２≦０．０３３９×λ
０．１９×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_３≦０．３２×λ
０．０４７８×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_４≦０．０４９２×λ
０．１０７５×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_５≦０．１１０７×λ
０．４６９７×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_６≦０．４８４０×λ
０．２２３４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_７≦０．２３０２×λ

この膜厚範囲において、光の波長４１０（ｎｍ）〜７００（ｎｍ）で１．２％以下の反射率を達成できる。

これら実施形態の反射防止膜１００を基板２００と蒸発源が正対しない配置で基板ホルダを回転させながら成膜するスパッタ法により成膜するのがよい。

以上、反射防止膜１００の各層１０１〜１０７がフッ化物を用いることなく成膜されるので、膜厚ムラが小さく、各膜厚が上記関係式の範囲内に設定されることで、可視域の広い波長域において反射防止効果を得ることができる。また、第１層１０１から第７層１０７のうちいずれか一層の幾何光学的膜厚を、上記関係式の範囲内で変更するだけで、基板２００の形状や曲率の種類に対応した反射防止帯域に変えることが可能である。したがって、基板２００の形状や曲率に拘らず、反射防止膜１００の反射率を、少ない試作回数で容易に低減することが可能である。また、フッ素ガスの材料費、フッ素ガスの供給、排ガス処理設備費等のコストが不要となり、生産性を大幅に向上させることが可能となる。

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図２は、実施例による光学薄膜の成膜方法に用いる成膜装置を示す模式図である。成膜装置５００は、スパッタ法により成膜するスパッタ装置である。この成膜装置５００は、不図示の真空ポンプによって排気される真空槽である減圧チャンバ１と、減圧チャンバ１の内部に配設された、軸１０を中心として回転可能な基板ホルダ２と、を備えている。また、成膜装置５００は、軸１０の延びる方向に対して垂直方向の軸を中心として回転可能な一対のターゲット３を備えている。また、成膜装置５００は、減圧チャンバ１内にスパッタリングガスであるＡｒガスを導入するＡｒ導入ライン４と、減圧チャンバ１内に反応性ガスであるＯ_２ガスを導入するＯ_２導入ライン５と、を備えている。また、成膜装置５００は、ターゲット３に直流電圧を印加する不図示の直流電源を備えている。直流電源の直流電圧はローパスフィルタを経てターゲット３に印加される。

次に、基板ホルダ２とターゲット３との位置関係について説明する。基板ホルダ２は、減圧チャンバ１の下部に設置され、軸１０を回転中心として回転する。さらに配置の自由度を得るために、ターゲット３は、減圧チャンバ１の底面１ａに対して角度θを変更することが可能となっている。

回転可能な一対のターゲット３は、基板−ターゲット間距離Ｌ１、オフセット距離Ｌ２、及び基板ホルダ２に対するターゲット３の傾斜角度θによって規定される位置に、成膜に用いるターゲット３の中心が位置するように配置される。

図２中、２枚のターゲット３の中心を結ぶ線９を波線で記載している。基板−ターゲット間距離Ｌ１は、減圧チャンバ１の底面１ａに基板ホルダ２を固定する軸１０の伸縮によって変更可能である。なお、本実施例においてはターゲット材料としてＳｉおよびＮｂを用い、その形状は直径８インチの円形で厚さは６（ｍｍ）である。電力を印可するターゲット３は、成膜する膜材料に応じて切り替えられる。

本実施例においては、ＳｉＯ_２を成膜する場合にはＳｉターゲット面が基板ホルダ２に向かい合う位置に設置され、Ｎｂ_２Ｏ_５を成膜する場合にはＮｂターゲット面が基板ホルダ２に向かい合う位置に設置されるように回転して固定しておく。

次に、基板２００上に酸化物薄膜を成膜する工程を説明する。まず、基板ホルダ２上に基板２００を保持させ、必要に応じて蓋等で固定した後、減圧チャンバ１を所定の真空度に減圧したうえでＡｒ、Ｏ_２導入ライン４，５からＡｒガスとＯ_２ガスを導入する。そして、ターゲット３に直流電源の直流電圧を印加して、いわゆるマグネトロンスパッタ放電によるプラズマを発生させる。

基板レンズ側に面したターゲット３は、主として正イオンによってスパッタされ、ターゲット３の表面近傍の酸化活性種によって一部酸化された状態で基板２００に向かって放出される。このようにして基板２００に到達したスパッタリング粒子は、プラズマ中や基板２００の表面近傍の酸化活性種によって酸化され、酸化物薄膜が基板２００の表面２００ａに形成される。

本実施例では、反射防止膜１００は、第１層１０１、第３層１０３、第５層１０５、第７層１０７の奇数層が成膜材料としてＳｉＯ_２を主成分とする低屈折率層Ｌである。また、第２層１０２、第４層１０４、第６層１０６の偶数層が成膜材料としてＮｂ_２Ｏ_５を主成分とする高屈折率層Ｈである。波長５５０（ｎｍ）の光に対する低屈折率層Ｌの屈折率ｎ_Ｌが約１．４６であり、波長５５０（ｎｍ）の光に対する高屈折率層Ｈの屈折率ｎ_Ｈが約２．２０である。

次に基板２００の形状について説明する。図３に示すように、基板２００は、比較的曲率の小さい凹面と、その反対側に比較的曲率の大きな凸面を有する形状を有しており、主として半開角度θｒ、直径Ｄ、表面２００ａである有効成膜面Ｌｒ、及び曲率半径ｒによって特徴づけられる。

［実施例１］
（実施例１−１）
次に実施例１−１について具体的な数値を用いて説明する。実施例１−１において用いたガラス基板２００はＬ−ＬＡＨ８３で、設計中心波長５５０（ｎｍ）における屈折率は１．８６８である。次に各層の成膜材料と膜厚を表１に記載する。

表１に示した多層薄膜は、スパッタ装置である成膜装置５００によって形成される。装置構成を決定する各種設定値はＬ１＝８１．５（ｍｍ）、Ｌ２＝１０１．４（ｍｍ）、θ＝５１．５（°）である。また、成膜対象となる凹レンズの基板２００の形状は、半開角度θｒ＝５０（°）、直径Ｄ＝１０．６（ｍｍ）、有効成膜面Ｌｒ＝１０．１（ｍｍ）、曲率半径ｒ＝６．５９（ｍｍ）である。

図２で示した成膜装置５００を用いて、表１の構成で上記凹レンズの基板２００上に多層の反射防止膜１００を形成した。この反射防止膜１００の分光特性をオリンパス製顕微分光光度計（ＵＳＰＭ−ＲＵ）によって基板凹面の中心及びその有効半径端で測定した結果を図４（ａ）に示す。

図４（ａ）からレンズ凹面の中心及びその有効半径端の何れにおいても、４１０（ｎｍ）以上かつ７００（ｎｍ）以下の波長域において、反射率が１％以下となっており、反射防止効果が得られている。

（実施例１−２）
次にレンズとなる基板２００の形状を、半開角度θｒ＝２０（°）の凹面に、曲率半径ｒを１４．８（ｍｍ）に変更した場合について記す。その際の各層の成膜材料と膜厚を表２に記載し、同様の方法によって測定された分光特性を図４（ｂ）に示す。

図４（ｂ）からレンズ凹面の中心及びその有効半径端の何れにおいても、４１０（ｎｍ）以上かつ７００（ｎｍ）以下の波長域において反射率が１％以下となっており、反射防止効果が得られている。

ここで注目すべきは表１と表２とを比較して明確であるが、第３層の膜厚のみを１２１．３（ｎｍ）から７２（ｎｍ）に変更することによって、上記反射防止特性が実現できる点である。

これは、一種類のレンズ形状に対して光学特性（反射率−波長特性）を複数回の試行により調整し終えておくことで、その他のレンズ形状に適用する際、第３層の膜厚調整のみ行うことで所望の特性が新たな形状のレンズに対して得られることを示している。つまり所望の光学特性を得るための作業として、最初に既に特性の得られている異なるレンズの成膜条件で試行成膜を行い、その結果得られた多層膜の反射率−波長特性を測定し、膜厚分布に関する情報を得る。その後得られた膜厚分布から第３層の膜厚のみを変えて所望の反射防止波長帯域が得られるように特性計算を行い第３層の膜厚を決定し、再び成膜を行って特性を確認するという工程のみで新たな形状に対する特性調整を完了させることができる。

このように特定の一層における膜厚のみを変更することによって特性調整の施行回数を最小限に抑えつつ異なるレンズ形状に対応した光学特性を実現することが可能となり、さらに形状に合わせた無駄の無い膜厚に調整できることによって生産性も向上する。

［実施例２］
（実施例２−１）
次に、実施例２−１について具体的な数値を用いて説明する。成膜するための装置構成、基板構成及び反射防止膜の各層の概略構成は、上記実施例１と共通である。

本実施例２−１において用いたレンズの基板２００はＳ−ＬＡＨ６４で、設計中心波長５５０（ｎｍ）における屈折率は１．７９１である。次に各層の成膜材料と膜厚を表３に記載する。

表３に示した多層薄膜は、スパッタ装置である成膜装置５００によって形成される。装置構成を決定する各種設定値はＬ１＝８１．５（ｍｍ）、Ｌ２＝１０１．４（ｍｍ）、θ＝５１．５（°）である。また、成膜対象となる凹レンズの基板２００の形状は、半開角度θｒ＝５０（°）、直径Ｄ＝１０．６（ｍｍ）、有効成膜面Ｌｒ＝１０．１（ｍｍ）、曲率半径＝６．５９（ｍｍ）である。

図２で示した成膜装置５００を用いて、表３の構成で上記凹レンズの基板２００上に多層の反射防止膜１００を形成した。この反射防止膜１００の分光特性をオリンパス製顕微分光光度計（ＵＳＰＭ−ＲＵ）によってレンズ凹面の中心及びその有効半径端で測定した結果を図５（ａ）に示す。

図５（ａ）からレンズ凹面の中心及びその有効半径端の何れにおいても、４１０（ｎｍ）以上かつ７００（ｎｍ）以下の波長域において、反射率が１％以下となっており、反射防止効果が得られている。

次にレンズとなる基板２００の形状を、半開角度θｒ＝２０（°）の凹面に、曲率半径ｒを１４．８（ｍｍ）に変更した場合について記す。その際の各層の成膜材料と膜厚を表４に記載し、同様の方法によって測定された分光特性を図５（ｂ）に示す。

図５（ｂ）からレンズ凹面の中心及びその有効半径端の何れにおいても、４１０（ｎｍ）以上かつ７００（ｎｍ）以下の波長域において反射率が１％以下となっており、反射防止効果が得られている。

以上、本実施例２の屈折率のレンズにおいても、表３と表４とを比較して明確であるように、第３層の膜厚のみを１２１．３（ｎｍ）から７２（ｎｍ）に変更することによって、上記反射防止特性が実現できている。

［実施例３］
（実施例３−１）
次に、実施例３−１について具体的な数値を用いて説明する。成膜するための装置構成、基板構成及び反射防止膜の各層の概略構成は、上記実施例１と共通である。

本実施例３−１において用いたレンズの基板２００はＳ−ＬＡＨ６４で、設計中心波長５５０（ｎｍ）における屈折率は１．７９１である。次に各層の成膜材料と膜厚を表５に記載する。

表５に示した多層薄膜は、スパッタ装置である成膜装置５００によって形成される。装置構成を決定する各種設定値はＬ１＝８１．５（ｍｍ）、Ｌ２＝１０１．４（ｍｍ）、θ＝５１．５（°）である。また、成膜対象となる凹レンズの基板２００の形状は、半開角度θｒ＝５０（°）、直径Ｄ＝１０．６（ｍｍ）、有効成膜面Ｌｒ＝１０．１（ｍｍ）、曲率半径ｒ＝６．５９（ｍｍ）である。

図２で示した成膜装置５００を用いて、表５の構成で上記凹レンズの基板２００上に多層の反射防止膜１００を形成した。この反射防止膜１００の分光特性をオリンパス製顕微分光光度計（ＵＳＰＭ−ＲＵ）によってレンズ凹面の中心及びその有効半径端で測定した結果を図６（ａ）に示す。

図６（ａ）からレンズ凹面の中心及びその有効半径端の何れにおいても、４１０（ｎｍ）以上かつ７００（ｎｍ）以下の波長域において、反射率が１％以下となっており、反射防止効果が得られている。

（実施例３−２）
次にレンズとなる基板２００の形状を、半開角度θｒ＝２０（°）の凹面に、曲率半径ｒを１４．８（ｍｍ）に変更した場合について記す。その際の各層の成膜材料と膜厚を表６に記載し、同様の方法によって測定された分光特性を図６（ｂ）に示す。

図６（ｂ）からレンズ凹面の中心及びその有効半径端の何れにおいても、４１０（ｎｍ）以上かつ７００（ｎｍ）以下の波長域において反射率が１％以下となっており、反射防止効果が得られている。

以上、本実施例３の屈折率のレンズにおいても、表５と表６とを比較して明確であるように、第３層の膜厚のみを１２１．３（ｎｍ）から７２（ｎｍ）に変更することによって、上記反射防止特性が実現できている。

［実施例４]
（実施例４−１）
次に、実施例４−１について具体的な数値を用いて説明する。成膜するための装置構成、基板構成及び反射防止膜の各層の概略構成は、上記実施例１と共通である。

本実施例４−１において用いたレンズの基板２００はＳ−ＢＡＨ２７で、設計中心波長５５０（ｎｍ）における屈折率は１．７０６である。次に各層の成膜材料と膜厚を表７に記載する。

表７に示した多層薄膜は、スパッタ装置である成膜装置５００によって形成される。装置構成を決定する各種設定値はＬ１＝８１．５（ｍｍ）、Ｌ２＝１０１．４（ｍｍ）、θ＝５１．５（°）である。また、成膜対象となる凹レンズの基板２００の形状は、半開角度θｒ＝５０（°）、直径Ｄ＝１０．６（ｍｍ）、有効成膜面Ｌｒ＝１０．１（ｍｍ）、曲率半径ｒ＝６．５９（ｍｍ）である。

図２で示した成膜装置５００を用いて、表７の構成で上記凹レンズの基板２００上に多層の反射防止膜１００を形成した。この反射防止膜１００の分光特性をオリンパス製顕微分光光度計（ＵＳＰＭ−ＲＵ）によってレンズ凹面の中心及びその有効半径端で測定した結果を図７（ａ）に示す。

図７（ａ）からレンズ凹面の中心及びその有効半径端の何れにおいても、４１０（ｎｍ）以上かつ７００（ｎｍ）以下の波長域において、反射率が１％以下となっており、反射防止効果が得られている。

（実施例４−２）
次にレンズとなる基板２００の形状を、半開角度θｒ＝２０（°）の凹面に、曲率半径ｒを１４．８（ｍｍ）に変更した場合について記す。その際の各層の成膜材料と膜厚を表８に記載し、同様の方法によって測定された分光特性を図７（ｂ）に示す。

図７（ｂ）からレンズ凹面の中心及びその有効半径端の何れにおいても、４１０（ｎｍ）以上かつ７００（ｎｍ）以下の波長域において反射率が１％以下となっており、反射防止効果が得られている。

以上、本実施例４の屈折率のレンズにおいても、表７と表８とを比較して明確であるように、第３層の膜厚のみを１２１．３（ｎｍ）から７２（ｎｍ）に変更することによって、上記反射防止特性が実現できている。

［実施例５］
（実施例５−１）
実施例５−１では、設計中心波長５５０（ｎｍ）において屈折率が１．８６８であるレンズの基板２００として、Ｌ−ＬＡＨ８３を用いた。この場合にランダムに膜厚及び屈折率を組み合わせた場合にとり得る反射率の範囲を４００（ｎｍ）から７５０（ｎｍ）の波長範囲で計算した。成膜するための装置構成、基板構成及び反射防止膜の各層の概略構成は、上記実施例１と同様である。各層の成膜材料と膜厚及び屈折率の範囲を表９に記載する。

表９の構成で形成した反射防止膜の反射率−波長特性の計算結果を図８に示す。図８から各層の膜厚及び屈折率を表９に示す範囲でランダムに組合せた場合でも、４１０（ｎｍ）以上かつ７００（ｎｍ）以下の波長域において反射率が１．２％以下となっており、反射防止効果が得られている。

（実施例５−２）
次に設計中心波長５５０（ｎｍ）において屈折率が１．７９１である基板２００として、Ｓ−ＬＡＨ６４を用いた。この場合にランダムに膜厚及び屈折率を組み合わせた場合にとり得る反射率の範囲を４００（ｎｍ）から７５０（ｎｍ）の波長範囲で計算した。各層の成膜材料と膜厚及び屈折率の範囲を表１０に記載する。

表１０の構成で形成した多層薄膜の分光特性の計算結果を図８に示す。図８から各層の膜厚及び屈折率を表１０に示す範囲でランダムに組合せた場合でも、４１０（ｎｍ）以上かつ７００（ｎｍ）以下の波長域において反射率が１．２％以下となっており、反射防止効果が得られている。

［実施例６］
（実施例６−１）
実施例６−１では、設計中心波長５５０（ｎｍ）において屈折率が１．７９１であるレンズの基板２００として、Ｓ−ＬＡＨ６４を用いた。この場合にランダムに膜厚を変更した場合にとり得る反射率の範囲を４００（ｎｍ）から７５０（ｎｍ）の波長範囲で計算した。成膜するための装置構成、基板構成及び反射防止膜の膜構成概略図は実施例１と同様である。各層の成膜材料と膜厚及び屈折率の範囲を表１１に記載する。

表１１の構成で形成した反射防止膜の分光特性の計算結果を図９に示す。図９から各層の膜厚を表１１に示す範囲でランダムに変更した場合でも、４１０（ｎｍ）以上かつ７００（ｎｍ）以下の波長域において反射率が１．２％以下となっており、反射防止効果が得られている。

（実施例６−２）
次に設計中心波長５５０（ｎｍ）において屈折率が１．７０６である基板２００として、Ｓ−ＢＡＨ２７を用いた。この場合にランダムに膜厚を変更した場合にとり得る反射率の範囲を４００（ｎｍ）から７５０（ｎｍ）の波長範囲で計算した。成膜するための装置構成、基板構成及び反射防止膜の概略構成は、上記実施例１と共通である。各層の成膜材料と膜厚及び屈折率の範囲を表１２に記載する。

表１２の構成で形成した多層薄膜の分光特性の計算結果を図９に示す。図９から第３層の膜厚を表１２に示す範囲内で変更した場合でも４１０（ｎｍ）以上かつ７００（ｎｍ）以下の波長域において反射率が１．２％以下となっており、反射防止効果が得られている。

［比較例］
（比較例１）
本発明に対する比較例１として、蒸着装置を用いて成膜した場合を示す。蒸着装置は一般にスパッタ成膜装置に比べてフッ化物を形成することが技術的に容易であり、より広い波長範囲で低い反射率を実現可能である。

ここでは蒸着装置としてシンクロン製ＣＥＳ−２Ｍを用いて実施例１−１と同一の形状と材質を有するレンズ基板を用いた場合に関して示す。

表１３に各層の成膜材料と膜厚を示す。ここで膜材料として記載されているＨ３およびＭ１はメルク製の市販蒸着材料である。

表１３の構成で上記凹レンズに形成した多層の反射防止膜の分光特性をオリンパス製顕微分光光度計（ＵＳＰＭ−ＲＵ）によって基板凹面の中心及びその有効半径端で測定した図を図１０に示す。なお、比較のため実施例１−１に記載したスパッタ法で作成した反射防止膜１００の分光特性も重ねて示す。

図１０から明らかなようにレンズ基板中心部においては可視の波長全域で反射率が１％以下となっており、反射防止効果が得られている。

一方、有効径端においては５５０（ｎｍ）より大きい波長域で反射率が１％を超えており、十分な反射防止効果が得られていない。このとき、得られた反射率−波長特性を用いて各材料の膜厚をフィッティングにより解析すると、レンズの中心部に対する有効径端での膜厚比はＨ３約で−３９％、Ｍ１で約−４１％、ＭｇＦ_２で約−４１％となっていた。

実施例１で示したスパッタ法で作成した反射防止膜１００では、同様の解析を行うとＳｉＯ_２が約−５．５％、Ｎｂ_２Ｏ_５が約−６．１％とレンズ中心部に対する膜厚が大幅に小さくなっていた。

これは一般に面積が小さく点源と見なせる蒸着源から、スパッタで成膜した場合に比べて遠い位置に設置された基板に成膜する場合には、曲率半径が小さい基板表面に形成される膜が不均一になり易い。また、図２に示す成膜装置５００が面源と見なせる成膜源を有するだけでなく、上記曲率半径が小さい基板で均一な膜厚となるようレンズホルダとターゲット面の位置関係を最適した結果、実施例１の反射防止膜１００が得られたものである。

このように蒸着法で薄膜を形成した場合には、曲率半径の小さい基板の凹面内での膜厚分布が大きくなる傾向にあり、充分な反射防止効果が得られないことが分かる。のみならず、たとえば製品用途に応じて曲率半径が変更された場合には、多層膜全層の構成自体の再設計が必要であり、その際に必要となる特性調整の工程は、実施例１−１のスパッタ法による膜構成で成膜する場合に比較し大幅に増大する。具体的には試行成膜後の特性確認、その結果に基づく膜の再設計、再成膜と特性確認が最低限必要になるが、膜の再設計は実施例１−１に記載したような１層の変更だけではなく、すべての層についてその層数や材料も含めた再検討が必要になる。また、再設計が順調に終わり、再成膜した結果得られた膜がレンズ中心で十分な反射防止効果を有していたとしても有効径端での膜厚は極端に薄く、フッ化物を膜材料に用い反射防止波長帯域を広げてもレンズ面内全域で十分な反射防止効果を得ることは困難である。

（比較例２）
本発明に対する比較例２として蒸着装置を用いて成膜した場合を示す。蒸着装置は一般にスパッタ成膜装置に比べてフッ化物を形成することが技術的に容易であり、より広い波長範囲で低い反射率を実現可能である。

ここでは蒸着装置としてシンクロン製ＣＥＳ−２Ｍを用いて実施例２−１と同一の形状と材質を有するレンズ基板を用いた場合に関して示す。

表１４に各層の成膜材料と膜厚を示す。ここで膜材料として記載されているＨ３およびＭ１はメルク製の市販蒸着材料である。

表１４の構成で上記凹レンズに形成した多層の反射防止膜の分光特性をオリンパス製顕微分光光度計（ＵＳＰＭ−ＲＵ）によって基板凹面の中心及びその有効半径端で測定した結果を図１１に示す。なお、比較のため実施例２−１に記載したスパッタ法で作成した反射防止膜１００の分光特性も重ねて示す。

図１１から明らかなようにレンズ基板中心部においては可視の波長全域で反射率が１％以下となっており、反射防止効果が得られた。しかし、比較例１と同様、有効径端においては５５０（ｎｍ）より大きい波長域で反射率が１％を超えており、反射防止効果を得ることができなかった。

（比較例３）
本発明に対する比較例３として蒸着装置を用いて成膜した場合を示す。蒸着装置は一般にスパッタ成膜装置に比べてフッ化物を形成することが技術的に容易であり、より広い波長範囲で低い反射率を実現可能である。

ここでは蒸着装置としてシンクロン製ＣＥＳ−２Ｍを用いて実施例３−１と同一の形状と材質を有するレンズ基板を用いた場合に関して示す。

表１５に各層の成膜材料と膜厚を示す。ここで膜材料として記載されているＨ３およびＭ１はメルク製の市販蒸着材料である。

表１５の構成で上記凹レンズに形成した多層の反射防止膜の分光特性をオリンパス製顕微分光光度計（ＵＳＰＭ−ＲＵ）によって基板凹面の中心及びその有効半径端で測定した図を図１２に示す。なお、比較のため実施例３−１に記載したスパッタ法で作成した多層膜の分光特性も重ねて示す。

図１２から明らかなようにレンズ基板中心部においては可視の波長全域で反射率が１％以下となっており、反射防止効果が得られた。しかし、比較例１と同様、有効径端においては５５０（ｎｍ）より大きい波長域で反射率が１％を超えており、反射防止効果を得ることができなかった。

（比較例４）
本発明に対する比較例４として蒸着装置を用いて成膜した場合を示す。蒸着装置は一般にスパッタ成膜装置に比べてフッ化物を形成することが技術的に容易であり、より広い波長範囲で低い反射率を実現可能である。

ここでは蒸着装置としてシンクロン製ＣＥＳ−２Ｍを用いて実施例４−１と同一の形状と材質を有するレンズ基板を用いた場合に関して示す。

表１６に各層の成膜材料と膜厚を示す。ここで膜材料として記載されているＨ３およびＭ１はメルク製の市販蒸着材料である。

表１６の構成で上記凹レンズに形成した多層の反射防止膜の分光特性をオリンパス製顕微分光光度計（ＵＳＰＭ−ＲＵ）によって基板凹面の中心及びその有効半径端で測定した結果を図１３に示す。なお、比較のため実施例４−１に記載したスパッタ法で作成した多層の反射防止膜１００の分光特性も重ねて示す。

図１３から明らかなようにレンズ基板中心部においては可視の波長全域で反射率が１％以下となっており、反射防止効果が得られた。しかし、比較例１と同様、有効径端においては５５０（ｎｍ）より大きい波長域で反射率が１％を超えており、反射防止効果を得ることができなかった。

以上、本実施例のスパッタ法による多層の反射防止膜を用いることで、カメラや放送機器など光学素子の形状や曲率が異なる場合でも、要求される光学特性に応じた反射特性を少ない試作回数で容易に実現することが可能となる。また、フッ素ガス材料費及びその供給、排ガス処理設備費等のコストが不要で、且つ非常に良好な反射防止性能を曲率の大きいレンズの面内全域で実現できるため、性能改善、成膜コスト低減、生産性の向上の全てに有効である。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１００…反射防止膜、１０１…第１層、１０２…第２層、１０３…第３層、１０４…第４層、１０５…第５層、１０６…第６層、１０７…第７層、２００…基板、３００…光学素子

Claims (8)

1. 屈折率が１．７９１以上、かつ１．８６８以下である透明な基板上に、前記基板の表面側から順に、ＳｉＯ_２を主成分とする低屈折率層と、金属酸化物及び金属窒化物のうち少なくとも一方を主成分とする高屈折率層と、が交互に積層されて７層に形成され、
   設計中心波長λの光に対する前記低屈折率層及び前記高屈折率層の屈折率をそれぞれｎ_Ｌ及びｎ_Ｈとしたとき、
   １．４３７≦ｎ_Ｌ≦１．４６６
   ２．１６４≦ｎ_Ｈ≦２．２０８
   の関係を満たし、
   かつ、各層の幾何学的膜厚を、前記基板の表面側から数えて第１層から第７層まで順にｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、ｄ_４、ｄ_５、ｄ_６、ｄ_７としたとき、
   ０．０８６６×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_１≦０．０８９２×λ
   ０．０３９５×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_２≦０．０４０７×λ
   ０．１９×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_３≦０．３２×λ
   ０．０４２８×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_４≦０．０４４１×λ
   ０．１００４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_５≦０．１０３５×λ
   ０．４５９３×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_６≦０．４７３３×λ
   ０．２２０４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_７≦０．２２７２×λ
   の関係を満たすように成膜されていることを特徴とする反射防止膜。
2. 屈折率が１．７０６以上、かつ１．７９１未満である透明な基板上に、前記基板の表面側から順に、ＳｉＯ_２を主成分とする低屈折率層と、金属酸化物及び金属窒化物のうち少なくとも一方を主成分とする高屈折率層と、が交互に積層されて７層に形成され、
   設計中心波長λの光に対する前記低屈折率層及び前記高屈折率層の屈折率をそれぞれｎ_Ｌ及びｎ_Ｈとしたとき、
   １．４３７≦ｎ_Ｌ≦１．４６６
   ２．１６４≦ｎ_Ｈ≦２．２０８
   の関係を満たし、
   かつ、各層の幾何学的膜厚を、前記基板の表面側から数えて第１層から第７層まで順にｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、ｄ_４、ｄ_５、ｄ_６、ｄ_７としたとき、
   ０．０８７３×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_１≦０．０９０×λ
   ０．０３２９×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_２≦０．０３３９×λ
   ０．１９×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_３≦０．３２×λ
   ０．０４７８×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_４≦０．０４９２×λ
   ０．１０７５×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_５≦０．１１０７×λ
   ０．４６９７×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_６≦０．４８４０×λ
   ０．２２３４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_７≦０．２３０２×λ
   の関係を満たすように成膜されていることを特徴とする反射防止膜。
3. 前記高屈折率層が、Ｎｂ_２Ｏ_５を主成分とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射防止膜。
4. 前記第１層から前記第７層までの各層が、スパッタ法により成膜されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射防止膜。
5. 屈折率が１．７９１以上、かつ１．８６８以下である透明な基板と、
   前記基板の表面に、前記基板の表面側から順に、ＳｉＯ_２を主成分とする低屈折率層と、金属酸化物及び金属窒化物のうち少なくとも一方を主成分とする高屈折率層と、が交互に積層されて７層に形成された反射防止膜と、を備え、
   前記反射防止膜は、
   設計中心波長λの光に対する前記低屈折率層及び前記高屈折率層の屈折率をそれぞれｎ_Ｌ及びｎ_Ｈとしたとき、
   １．４３７≦ｎ_Ｌ≦１．４６６
   ２．１６４≦ｎ_Ｈ≦２．２０８
   の関係を満たし、
   かつ、各層の幾何学的膜厚を、前記基板の表面側から数えて第１層から第７層まで順にｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、ｄ_４、ｄ_５、ｄ_６、ｄ_７としたとき、
   ０．０８６６×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_１≦０．０８９２×λ
   ０．０３９５×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_２≦０．０４０７×λ
   ０．１９×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_３≦０．３２×λ
   ０．０４２８×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_４≦０．０４４１×λ
   ０．１００４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_５≦０．１０３５×λ
   ０．４５９３×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_６≦０．４７３３×λ
   ０．２２０４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_７≦０．２２７２×λ
   の関係を満たすように成膜されていることを特徴とする光学素子。
6. 屈折率が１．７０６以上、かつ１．７９１未満である透明な基板と、
   前記基板の表面に、前記基板の表面側から順に、ＳｉＯ_２を主成分とする低屈折率層と、金属酸化物及び金属窒化物のうち少なくとも一方を主成分とする高屈折率層と、が交互に積層されて７層に形成された反射防止膜と、を備え、
   前記反射防止膜は、
   設計中心波長λの光に対する前記低屈折率層及び前記高屈折率層の屈折率をそれぞれｎ_Ｌ及びｎ_Ｈとしたとき、
   １．４３７≦ｎ_Ｌ≦１．４６６
   ２．１６４≦ｎ_Ｈ≦２．２０８
   の関係を満たし、
   かつ、各層の幾何学的膜厚を、前記基板の表面側から数えて第１層から第７層まで順にｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、ｄ_４、ｄ_５、ｄ_６、ｄ_７としたとき、
   ０．０８７３×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_１≦０．０９０×λ
   ０．０３２９×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_２≦０．０３３９×λ
   ０．１９×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_３≦０．３２×λ
   ０．０４７８×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_４≦０．０４９２×λ
   ０．１０７５×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_５≦０．１１０７×λ
   ０．４６９７×λ≦ｎ_Ｈ×ｄ_６≦０．４８４０×λ
   ０．２２３４×λ≦ｎ_Ｌ×ｄ_７≦０．２３０２×λ
   の関係を満たすように成膜されていることを特徴とする光学素子。
7. 前記高屈折率層が、Ｎｂ_２Ｏ_５を主成分とすることを特徴とする請求項５又は６に記載の光学素子。
8. 前記第１層から前記第７層までの各層が、スパッタ法により成膜されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の光学素子。

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