JP2018072624A - 光学素子およびそれを有する光学系、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の波長特性の透過率を得ることのできる光学素子を提供することである。
【解決手段】 光学素子１０は、基板１１と、基板１１に設けられた反射防止膜１３と、基板１１と反射防止膜１３の間に設けられ入射光の一部を吸収する吸収層１２と、を有する。波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける吸収層１２の消衰係数の最大値をｋ_Ｍ、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおいて前記吸収層の消衰係数がｋ_Ｍとなる波長をλ_Ｍ［ｎｍ］とする。また、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける光学素子１０の反射率の最大値と最小値の差をΔＲとする。このとき、光学素子１０は以下の条件式を全て満足する。
ｋ_Ｍ／λ_Ｍ≦２．０×１０^−３［ｎｍ^−１］
０．０１＜ΔＲ
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルカメラ等の光学系に用いられる光学素子に関する。

光学系に用いられるレンズ等の光学素子が特定の波長の光を吸収することにより、透過光に色づきが生じる場合がある。

色づきが生じる波長帯域の光の透過率を低減させる光学素子を光学系に設けることで、透過光の色づきを低減することができる。特許文献１には、特定の波長の光を吸収する光学素子が記載されている。

特開昭６３−１６３３０３号公報

特許文献１の光学素子のように光の吸収によって透過率を変化させる場合、透過率の波長特性は吸収層に用いる材料の物性値に依って決まることになる。そのため、透過率の波長特性を所望の特性とすることが困難であった。

本発明の目的は、所望の透過率の波長特性を有する光学素子を提供することである。

本発明の光学素子は、基板と、前記基板に設けられた反射防止膜と、前記基板と前記反射防止膜の間に設けられ入射光の一部を吸収する吸収層と、を有する光学素子であって、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける前記吸収層の消衰係数の最大値をｋ_Ｍ、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおいて前記吸収層の消衰係数がｋ_Ｍとなる波長をλ_Ｍ（ｎｍ）、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける前記光学素子の反射率の最大値と最小値の差をΔＲとするとき、
ｋ_Ｍ／λ_Ｍ≦２．０×１０^−３［ｎｍ^−１］
０．０１＜ΔＲ
なる条件式を満足することを特徴とする。

本発明によれば、所望の透過率の波長特性を有する光学素子を実現することができる。

実施例１の光学素子の概略図である。 実施例１の光学素子における吸収層の屈折率および消衰係数の波長特性である。 実施例１の光学素子における反射率と吸収率の波長特性である。 実施例１の光学素子における透過率の波長特性である。 実施例２の光学素子における吸収層の屈折率および消衰係数の波長特性である。 実施例２の光学素子における反射率と吸収率の波長特性である。 実施例２の光学素子における透過率の波長特性である。 実施例３の光学素子の概略図である。 実施例３の光学素子における吸収層の屈折率および消衰係数の波長特性である。 実施例３の光学素子における反射率と吸収率の波長特性である。 実施例３の光学素子における透過率の波長特性である。 実施例４の光学素子における反射率と吸収率の波長特性である。 実施例４の光学素子における透過率の波長特性である。 実施例５の光学素子における反射率と吸収率の波長特性である。 実施例５の光学素子における透過率の波長特性である。 実施例６の光学素子における反射率と吸収率の波長特性である。 実施例６の光学素子における透過率の波長特性である。 実施例７の光学素子の概略図である。 実施例７の光学素子における反射率と吸収率の波長特性である。 実施例７の光学素子における透過率の波長特性である。 実施例８の光学系の断面図である。 比較例の光学素子における反射率の波長特性である。 実施例９の撮像装置の概略図である。

以下、本発明の光学系およびそれを有する光学機器の実施例について説明する。

［実施例１］
図１に実施例１の光学素子１０の概略図を示す。光学素子１０は基板１１と、基板１１に設けられた反射防止膜１３を有する。また、基板１１と反射防止膜１３の間には吸収層１２が設けられている。

基板１１は平行平板であっても良いし、レンズなどのように曲率を有するものであっても良い。反射防止膜１３は１層以上の層を積層して構成されている。本実施例において反射防止膜１３は３層で構成されている。吸収層１２は、光を吸収する材料を含んでおり、光学素子１０に入射した光の一部は吸収層１２で吸収される。

波長λ、強度Ｉ_０（λ）の光が吸収層１２に入射したとき、吸収層１２を透過する透過光の強度Ｉ（λ）は吸収層１２の消衰係数をｋ（λ）、厚さをｔとしたとき、以下の式（１）で与えられる。
Ｉ（λ）＝Ｉ_０・ｅｘｐ（−４πｋ（λ）ｔ／λ） （１）

式（１）は吸収層１２による吸収のみを考慮しており、光学素子１０における各界面での反射は無視している。

式（１）より、吸収のみを考慮した場合の透過率の波長特性（波長に対する変化）はｋ（λ）／λによって決まる。すなわち、光の吸収のみで所望の波長特性の透過率を得るためには、消衰係数の波長特性が適切である材料を用いて吸収層１２を形成する必要がある。しかしながら、吸収層１２を形成する材料の選択肢は限られているため、光の吸収のみで所望の波長特性の透過率を得ることは困難である。

一方、光学素子１０の透過率の波長特性は、光学素子１０において特定の波長の反射率を大きくすることによっても調整することができる。光学素子１０の反射率の波長特性は反射防止膜１３の層数や各層の厚さを変化させることで比較的容易に調整することができる。しかしながら、この場合光学素子１０は特定の波長において大きな反射率を有することになり、光学素子１０を光学系に用いる場合、光学素子１０で反射した光がフレアやゴーストを生じる要因となってしまう場合がある。

そこで本実施例の光学素子１０では、入射光のうち一部の波長の光を吸収し、一部の波長の光を反射することで所望の波長特性の透過率を得ている。そのため、本実施例の光学素子１０は以下の条件式（２）および（３）を共に満足する構成となっている。
０［ｎｍ^−１］＜ｋ_Ｍ／λ_Ｍ≦２．０×１０^−３［ｎｍ^−１］ （２）
０．０１＜ΔＲ （３）

式（２）におけるｋ_Ｍは波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける前記吸収層の消衰係数の最大値であり、λ_Ｍ［ｎｍ］は波長４００ｎｍから７００ｎｍにおいて前記吸収層の消衰係数がｋ_Ｍとなる波長である。また、式（３）におけるΔＲは波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける光学素子１０の反射率の最大値と最小値の差である。

ここで、光学素子１０の反射率とは、反射防止膜１３から基板１１に向かって光を垂直に入射させた時の反射率である。また、式（３）および以下の説明では、光学素子１０において吸収層１２が設けられていない側の面における光の反射は考慮しない。光学素子１０の反射率を実測する際には、光学素子１０において吸収層１２が設けられていない側の面での反射の影響が小さくなるようすれば良い。例えば、輪帯状の光源を有する顕微分光測定器を用いて反射率を計測することで、光学素子１０において吸収層１２が設けられていない側の面での反射光をカットすることができる。または、光学素子１０において吸収層１２が設けられていない側の面を粗面化し、黒色塗料を塗ることで光学素子１０において吸収層１２が設けられていない側の面での反射の影響を低減することができる。

式（２）は、吸収層１２の消衰係数を規定するものである。式（１）に示すように、吸収層１２における所望の吸収量を得るために必要なｋ（λ）／λと吸収層１２の厚さｔには相関がある。式（２）の上限値を超えるほどにｋ_Ｍ／λ_Ｍの値が大きくなる場合、吸収層１２の厚さが薄くなりすぎてしまう。この場合、吸収層１２を成膜する際に吸収層１２の厚さの制御が困難になってしまう。

なお、ｋ_Ｍ／λ_Ｍの値が小さすぎる場合、吸収層１２の厚さが厚くなりすぎてしまう。吸収層１２の厚さが厚すぎると、蒸着などを用いて吸収層１２を成膜する場合に成膜時間が長くなりすぎてしまったり、吸収層１２の膜応力に起因したクラックや膜剥がれが生じたりする。そのため、式（２）は以下の式（２ａ）の範囲とすることが好ましく、式（２ｂ）の範囲とすることがより好ましい。
６．０×１０^−６［ｎｍ^−１］≦ｋ_Ｍ／λ_Ｍ≦２．０×１０^−３［ｎｍ^−１］ （２ａ）
１．０×１０^−５［ｎｍ^−１］≦ｋ_Ｍ／λ_Ｍ≦８．０×１０^−４［ｎｍ^−１］ （２ｂ）

式（３）は光学素子１０の反射率の波長特性を規定するものである。光学素子１０において所望の波長特性の透過率を得るためには、一部の波長における反射率が他の波長における反射率よりも大きくなるような反射率の波長特性を光学素子１０が有していれば良い。式（３）の下限値を下回るほどにΔＲが小さい場合、透過率の波長特性に対する反射率の寄与が小さくなりすぎる。この場合、光学素子１０の透過率の波長特性は主として吸収層１２おける光の吸収率の波長特性によって定まることになり、所望の波長特性の透過率を得ることが困難となる。

なお、ΔＲの値が大きすぎる場合、一部の波長の光を強く反射することになる。この場合、光学素子１０で反射した光がフレアやゴーストを生じる要因となってしまう場合がある。そのため、式（３）は以下の式（３ａ）の範囲とすることが好ましく、式（３ｂ）の範囲とすることがより好ましい。
０．０１５＜ΔＲ＜０．１５ （３ａ）
０．０２＜ΔＲ＜０．１０ （３ｂ）

なお、反射により透過光の波長特性を効果的に変化させるためには、より感度の高い波長帯域において一部の波長における反射率が他の波長の反射率よりも大きくなっていることが好ましい。このため、波長４５０ｎｍから６５０ｎｍにおける反射率の最大値と最小値をΔＲとしたときに式（３）を満たしていることが好ましい。

なお、吸収層１２の厚さｔは８ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましい。これによって、吸収層１２を成膜する際に吸収層１２の厚さの制御を容易にすることができる。

また、４００ｎｍから７００ｎｍの各波長に光学素子１０における光の吸収率の最大値をＡ_Ｍとしたとき、以下の式（４）を満足することが好ましい。吸収層１２における波長λの光の吸収率Ａ（λ）は、式（１）におけるＩ（λ）とＩ_０（λ）を用いて、Ａ（λ）＝１−Ｉ（λ）／Ｉ_０（λ）で定義される値である。
０．０２＜Ａ_Ｍ＜０．２ （４）

式（４）の上限値を超えるほどにＡ_Ｍが大きい場合、光学素子１０の透過率が小さくなりすぎてしまい、光学素子１０を光学系に用いる際に像を暗くしてしまうため好ましくない。また、式（４）の下限値を下回るほどにＡ_Ｍが小さくなると、光の吸収量が少なくなりすぎ、光学素子１０の透過率の波長特性に対する光の吸収の寄与が小さくなりすぎてしまう。

なお、式（４）は以下の式（４ａ）の範囲とすることが好ましく、式（４ｂ）の範囲とすることがより好ましい。
０．０２５＜Ａ_Ｍ＜０．１５ （４ａ）
０．００３＜Ａ_Ｍ＜０．１０ （４ｂ）

さらに、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける吸収率の最大値と最小値の差をΔＡとするとき、以下の式（５）を満たすことが好ましい。
０．４＜ΔＲ／ΔＡ＜２．５ （５）

ΔＲ／ΔＡの値が大きくなることは、光学素子１０の透過率の波長特性に対する反射の寄与が大きくなることに相当する。光学素子１０の透過率を所望の波長特性にするためには、光学素子１０の透過率の波長特性に対する反射の寄与はある程度大きいことが好ましい。一方、光学素子１０の透過率の波長特性に対する反射の寄与が大きすぎる場合、光学素子１０において反射した光がフレアやゴーストを生じる要因となってしまう。

式（５）の下限値を下回る場合、光学素子１０の透過率の波長特性に対する反射の寄与が小さくなりすぎてしまうため好ましくない。式（５）の上限を超える場合、光学素子１０の透過率の波長特性に対する反射の寄与が大きくなりすぎ、光学素子１０を光学系に用いる場合にフレアやゴーストを生じやすくなってしまう。

なお、式（５）は以下の式（５ａ）の範囲とすることが好ましい。
０．５＜ΔＲ／ΔＡ＜２ （５ａ）

また、光学素子１０は式（３）を満たすため、一部の波長において反射率が高くなっているが、他の波長においては反射率が低いことが好ましい。これによって、光学素子１０を光学系に用いる場合にフレアやゴーストの発生を低減することができる。

このため、反射防止膜１３は少なくとも２層以上の層を積層して構成されていることが好ましい。

また、ｄ線における吸収層１２の屈折率をＮ_ａとするとき、反射防止膜１３はｄ線における屈折率が１より大きくＮ_ａより小さい値の層を有することが好ましい。これにより、反射防止膜１３から基板１１に向かって光が入射したときの反射率を低減することができる。

また、本実施例の光学素子１０は入射光の一部を吸収する吸収層１２を有するため、反射防止膜１３から基板１１に向かって光が入射したときの反射率と基板１１から反射防止膜１３に向かって光が入射したときの反射率は異なる。このため、吸収層１２を基板１１に接する位置に設ける場合、基板１１から反射防止膜１３に向かって光が入射したときの反射率を低減するためには、ｄ線における基板の屈折率をＮ_ｓとしたとき、以下の条件式（６）を満たすことが好ましい。
｜Ｎ_ｓ―Ｎ_ａ｜≦０．３ （６）

式（６）は基板１１の屈折率と吸収層１２の屈折率の差が小さいことを表わしている。式（６）を満たすことにより、基板１１と吸収層１２の界面における屈折率の差を小さくすることができ、基板１１から反射防止膜１３に向かって光が入射したときの反射率を小さくすることができる。

なお、式（６）は以下の式（６ａ）の範囲とすることが好ましい。
｜Ｎ_ｓ―Ｎ_ａ｜≦０．２ （６ａ）

さらに、基板１１から反射防止膜１３に向かって光が入射したときの反射率を低減するため、基板１１と吸収層１２の間に１層以上の層を有する中間膜（中間反射防止膜）を設けても良い。このとき、中間膜はｄ線において屈折率がＮ_ａとＮ_ｓの間の値の層を有することが好ましい。これによって、基板１１から反射防止膜１３に向かって光が入射したときの反射率を低減することができる。

次に、吸収層１２における吸収率の波長特性について述べる。

吸収層１２に用いる材料としては、短波長側の光よりも長波長側の光を多く吸収するものや、反対に長波長側の光よりも短波長側の光を多く吸収するものがある。例えば、短波長側よりも長波長側の光を多く吸収する材料を吸収層１２に用いた場合、吸収によって赤や黄色の色づきを補正することができる。また、長波長側よりも短波長側の光を多く吸収する材料を吸収層１２に用いた場合、吸収によって青の色づきを補正することができる。

長波長側の光を短波長側の光よりも多く吸収する場合、波長λ［ｎｍ］における吸収層１２の消衰係数をｋ（λ）、波長４００ｎｍの光の波長をλ_４００、波長７００ｎｍの光の波長をλ_７００としたとき、次の式（７）を満たすことが好ましい。
ｋ（λ_４００）／λ_４００＜ｋ（λ_７００）／λ_７００ （７）

式（７）は、吸収層１２の波長７００ｎｍにおけるｋ（λ）／λの値が波長４００ｎｍにおけるｋ（λ）／λの値よりも大きいことを表わしている。このため、吸収層１２が式（７）を満たすことで、波長４００ｎｍの光よりも波長７００ｎｍの光の方を多く吸収することができる。

また、このとき以下の式（８）を満たすことが好ましい。
１．５≦ａ・λ_ｄ／ｋ（λ_ｄ）≦１０ （８）

式（８）におけるａは、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおいてｋ（λ）を波長λに対して最小二乗法により線形近似した際のλの係数である。すなわち、ａは波長４００ｎｍから７００ｎｍにおけるｋ（λ）の近似直線の傾きである。また、λ_ｄはｄ線の波長である。

式（８）は、透過率の減少を抑えつつ長波長側の光を吸収するために必要な吸収層１２の消衰係数の波長特性を規定したものである。式（１）より、ｋ（λ）／λが波長に依らず一定となる場合、吸収層１２による吸収は波長に依らず一定となる。短波長側よりも長波長側の光を多く吸収するためには、吸収層１２において短波長側のｋ（λ）／λに比べて長波長側のｋ（λ）／λが大きくなっている必要がある。

ｄ線を基準として、仮に吸収層１２における吸収量が波長に依らず一定である場合、吸収層１２の消衰係数の波長に対する傾きはｋ（λ_ｄ）／λ_ｄとなる。このため、吸収層１２の消衰係数ｋ（λ）を波長に対して線形近似したときの傾きａがｋ（λ_ｄ）／λ_ｄよりも大きい場合、吸収層１２は、短波長側の光よりも長波長側の光を多く吸収することになる。

式（８）の下限値を下回ると、短波長側の光に比べて長波長側の光の吸収率が小さくなりすぎてしまう。このとき、長波長側の光を十分に吸収させようとすると短波長側の光の吸収率も高くなってしまい、光学素子１０の波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける透過率が低くなってしまう。一方、式（８）の上限値を上回ると、長波長側の消衰係数が大きくなりすぎるため、吸収層１２の厚さを薄くしなければならない。このため、吸収層１２を成膜する際の厚さの制御が困難となる。

なお、式（８）は以下の式（８ａ）の範囲とすることが好ましい。
２．０≦ａ・λ_ｄ／ｋ（λ_ｄ）≦９．０ （８ａ）
２．５≦ａ・λ_ｄ／ｋ（λ_ｄ）≦６．０ （８ｂ）

反対に、吸収層１２において短波長側の光を長波長側の光よりも多く吸収する場合、波長λ［ｎｍ］における吸収層１２の消衰係数をｋ（λ）としたとき、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
ｋ（λ_７００）／λ_７００＜ｋ（λ_４００）／λ_４００ （９）

式（９）は、吸収層１２の波長４００ｎｍにおけるｋ（λ）／λの値が波長７００ｎｍにおけるｋ（λ）／λの値よりも大きいことを表わしている。このため、吸収層１２が式（９）を満たすことで、波長７００ｎｍの光よりも波長４００ｎｍの光の方を多く吸収することができる。

また、このとき以下の式（１０）を満たすことが好ましい。
−１０≦ａ・λ_ｄ／ｋ（λ_ｄ）＜０ （１０）

式（１０）におけるａは、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおいてｋ（λ）を波長λに対して最小二乗法により線形近似した際のλの係数である。また、λ_ｄはｄ線の波長である。

式（１０）は、透過率の減少を抑えつつ短波長側の光を吸収するために必要な吸収層１２の消衰係数の波長特性を規定したものである。長波長側よりも短波長側の光を多く吸収するためには、吸収層１２において長波長側のｋ（λ）／λに比べて短波長側のｋ（λ）／λが大きくなっている必要がある。すなわち、吸収層１２の消衰係数ｋ（λ）を波長に対して線形近似したときの傾きａがｋ（λ_ｄ）／λ_ｄよりも小さければ良い。

式（１０）の上限値を上回ると、長波長側の光に比べて短波長側の光の吸収率が小さくなりすぎてしまう。このとき、短波長側の光を十分に吸収させようとすると長波長側の光の吸収率も高くなってしまい、光学素子１０の波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける透過率が低くなってしまう。一方、式（１０）の上限値を上回ると、短波長側の消衰係数が大きくなりすぎるため、吸収層１２の厚さを薄くしなければならない。このため、吸収層１２を成膜する際の厚さの制御が困難となる。

なお、式（１０）は以下の式（１０ａ）の範囲とすることが好ましい。
−５≦ａ・λ_ｄ／ｋ（λ_ｄ）≦−１ （１０ａ）

次に、吸収層１２を形成する材料について説明する。

式（２）を満たす材料としては、チタン酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物などがある。これらの金属酸化物は、金属原子に対する酸素原子の量を変えることによって消衰係数の大きさや波長特性を変化させることができる。

吸収層１２において短波長側の光よりも長波長側の光を多く吸収させる場合、チタン酸化物を用いると良い。チタンと酸素の原子比が１：２であるＴｉＯ_２は無色透明であるが、チタン原子に対する酸素原子の比をＴｉＯ_２よりも減らしたＴｉＯ、Ｔｉ_２Ｏ_３、Ｔｉ_３Ｏ_５、Ｔｉ_４Ｏ_７等は可視光を吸収する。これらのチタン酸化物における光の吸収は長波長側においてより大きくなる傾向がある。式（２）を満たすためには、チタン原子に対する酸素原子の比率が２より小さく３／２以上である範囲のチタン酸化物を用いることが好ましい。

また、吸収層１２において長波長側の光よりも短波長側の光を多く吸収させる場合は、タンタル酸化物またはニオブ酸化物を用いると良い。金属原子に対する酸素原子の比を調整してタンタル酸化物またはニオブ酸化物を成膜することによって、長波長側の光よりも短波長側の光を多く吸収する吸収層を得ることができる。

なお、吸収層１２としては式（２）を満たしていればよく、上述した金属酸化物に限定されるものではない。

次に、本実施例の光学素子１０の透過率の波長特性について述べる。

本実施例の光学素子１０における各層の詳細を表１に示す。表１において、ｎはｄ線における屈折率、ｋはｄ線における消衰係数、ｄは各層の厚さを表わしている。

本実施例における吸収層１２の屈折率および消衰係数の波長特性を図２に示す。本実施例の吸収層１２のｄ線における消衰係数ｋ（λ_ｄ）は０．０１２０である。また、本実施例の吸収層１２の消衰係数を波長に対して最小二乗法によって線形近似した際の波長に対する傾きをａ、ｄ線の波長をλ_ｄとしたとき、ａ・λ_ｄ／ｋ_ｄの値は５．９１である。すなわち、本実施例の吸収層１２は式（８）を満たしている。

なお、このような特性の吸収層は、Ｔｉ_３Ｏ_５を主成分とする蒸着材料ＯＳ−５０（キヤノンオプトロン株式会社製）を適切な酸素ガス導入量で蒸着することにより得ることができる。

図３に、本実施例の光学素子１０における反射率および吸収率の波長特性を示す。なお、反射率の波長特性は反射防止膜１３から基板１１に向かって光を入射させた際の値を示しており、以降の実施例でも同様である。

図３に示すように、本実施例の光学素子１０の吸収率は長波長側において大きくなっており、式（７）を満たしている。また、図３に示すように、本実施例の光学素子１０の反射率は、長波長側よりも短波長側で大きくなっている。具体的には、波長４００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長帯域における反射率の最大値は、波長５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長帯域における反射率の最大値よりも大きくなっている。

図４に本実施例の光学素子１０の透過率の波長特性を示す。図４に示すように、本実施例の光学素子１０の透過率の波長特性は、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおいて、波長５５０ｎｍ付近に極大値を有するような特性となっている。すなわち、本実施例の光学素子１０を透過した光は緑色となる。高透過率硝材を用いた光学系では透過光が紫色に着色してしまうことがあるが、このような透過率の波長特性の光学素子１０を光学系に用いることで、透過光の色付きを補正することができる。

吸収層の吸収率の波長特性は吸収層に用いる材料の物性値に依るため、光の吸収のみで光学素子の透過率を図４に示すような波長４００ｎｍから７００ｎｍにおいて波長５５０ｎｍ付近に極大値を有するような波長特性にすることは困難である。しかしながら、本実施例の光学素子１０では、反射率と吸収率の波長特性を図３に示すような特性とすることで図４に示すような波長特性の透過率を実現している。

また、光学系において赤色のゴーストは青色のゴーストよりも目立ち易いため、光学系に用いる光学素子の長波長側の反射率は低いことが好ましい。本実施例では、短波長側の光の透過率を主として反射により低減し、長波長側の光の透過率を主として吸収により低減しているため、光学素子１０に起因する赤色のゴーストを生じにくくすることができる。

［実施例２］
次に、実施例２の光学素子について説明する。実施例２の光学素子は実施例１と同様に、基板と、基板上に設けられた反射防止膜と、基板と反射防止膜の間に設けられた吸収層を有している。本実施例の光学素子では反射率の波長特性および吸収率の波長特性が実施例１の光学素子１０と異なっている。

実施例２の光学素子における各層の詳細を表２に示す。

本実施例における吸収層の屈折率および消衰係数の波長特性を図５に示す。本実施例の吸収層のｄ線における消衰係数ｋ（λ_ｄ）は０．０２０９である。また、本実施例の吸収層１２の消衰係数を波長に対して最小二乗法によって線形近似した際の波長に対する傾きをａ、ｄ線の波長をλ_ｄとしたとき、ａ・λ_ｄ／ｋ_ｄの値は−２．５３である。すなわち、本実施例の吸収層１２は式（１０）を満たしている。

図６に、本実施例の光学素子における反射率および吸収率の波長特性を示す。図６に示すように、本実施例の光学素子の吸収率は短波長側において大きくなっており、式（９）を満たしている。また、本実施例の光学素子の反射率は、長波長側よりも短波長側で大きくなっている。

図７に本実施例の光学素子の透過率の波長特性を示す。図７に示すように、本実施例の光学素子の透過率は短波長側で小さくなっている。このため、本実施例の光学素子を光学系に用いることで、青色の色付きを補正することができる。

本実施例では、短波長側の光の透過率を反射と吸収により低減しているため、反射率を低くしつつ短波長側の透過率を十分に低減することができている。

［実施例３］
次に、実施例３の光学素子３０について説明する。図８に本実施例の光学素子３０の概略図を示す。実施例３の光学素子は基板３１と、基板上に設けられた反射防止膜３３と、基板３１と反射防止膜３３の間に設けられた吸収層３２を有している。本実施例の光学素子は、基板３１と吸収層３２の間に中間膜３４を有する点で実施例１および２と異なる。本実施例において中間膜３４は３層で構成されている。

実施例３の光学素子３０における各層の詳細を表３に示す。

本実施例における吸収層３２の屈折率および消衰係数の波長特性を図９に示す。本実施例の吸収層のｄ線における消衰係数ｋ（λ_ｄ）は０．０３０４である。また、本実施例の吸収層１２の消衰係数を波長に対して最小二乗法によって線形近似した際の波長に対する傾きをａ、ｄ線の波長をλ_ｄとしたとき、ａ・λ_ｄ／ｋ_ｄの値は３．９８である。すなわち、本実施例の吸収層３２は式（８）を満たしている。

なお、このような特性の吸収層は、Ｔｉ_３Ｏ_５を主成分とする蒸着材料ＯＳ−５０（キヤノンオプトロン株式会社製）を適切な酸素ガス導入量で蒸着することにより得ることができる。

図１０に、本実施例の光学素子３０における反射率および吸収率の波長特性を示す。図１０に示すように、本実施例の光学素子３０の吸収率は長波長側において大きくなっており、式（７）を満たしている。また、本実施例の光学素子３０の反射率は、短波長側よりも長波長側で大きくなっている。

図１１に本実施例の光学素子３０の透過率の波長特性を示す。図１１に示すように、本実施例の光学素子３０の透過率は長波長側で小さくなっている。このため、本実施例の光学素子３０を光学系に用いることで、黄色の色付きを補正することができる。

本実施例では、長波長側の光の透過率を反射と吸収により低減しているため、反射率を低くしつつ長波長側の透過率を十分に低減することができている。

［実施例４］
次に、実施例４の光学素子について説明する。本実施例の光学素子は実施例３の光学素子３０の素子構成と同様である。すなわち、本実施例の光学素子は基板に近い側から順に積層された中間膜と、吸収層と、反射防止膜を有している。本実施例において中間膜は４層で構成されている。

実施例４の光学素子における各層の詳細を表４に示す。

本実施例における吸収層は実施例３の吸収層と同じ材料で形成されている。そのため、本実施例における吸収層の屈折率および消衰係数の波長特性は図９に示した通りである。

図１２に、本実施例の光学素子における反射率および吸収率の波長特性を示す。図１２に示すように、本実施例の光学素子の吸収率は長波長側において大きくなっている。また、図１２に示すように本実施例の光学素子の反射率は波長４００ｎｍから７００ｎｍにおいて波長の増加に伴って山なりに変化するような波長特性となっている。具体的には、本実施例の光学素子の反射率は、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長帯域で波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける最大値をとるような波長特性となっている。

図１３に本実施例の光学素子の透過率の波長特性を示す。図１３に示すように、本実施例の光学素子の透過率は長波長側では波長に対して略一定であり、短波長側よりも小さくなっている。すなわち、本実施例の光学素子１０を透過した光は青色となる。高屈折率硝材を多く用いた光学系では透過光が黄色に着色してしまうことがあるが、本実施例の光学素子を光学系に用いることで、透過光の黄色い色付きを補正することができる。

吸収層の吸収率の波長特性は吸収層に用いる材料の物性値に依るため、光の吸収のみで光学素子の透過率を図１３に示すような特定の波長帯域の透過率のみを他の波長と比べて大きくすることは困難である。しかしながら、本実施例の光学素子では、反射率と吸収率の波長特性を図１２に示すような特性とすることで図１３に示すような波長特性の透過率を実現している。

また、光学系において赤色のゴーストは青色のゴーストよりも目立ち易いため、光学系に用いる光学素子の長波長側の反射率は低いことが好ましい。本実施例では長波長側の光の透過率を主として吸収により低減しているため、光学素子に起因する赤色のゴーストを生じにくくすることができる。

［実施例５］
次に、実施例５の光学素子について説明する。本実施例の光学素子は実施例３の光学素子３０の素子構成と同様である。すなわち、本実施例の光学素子は基板に近い側から順に積層された中間膜と、吸収層と、反射防止膜を有している。本実施例において中間膜は３層で構成されている。

実施例５の光学素子における各層の詳細を表５に示す。

本実施例における吸収層は実施例２の吸収層と同じ材料で形成されている。そのため、本実施例における吸収層の屈折率および消衰係数の波長特性は図５に示した通りである。

図１４に、本実施例の光学素子における反射率および吸収率の波長特性を示す。図１４に示すように、本実施例の光学素子の吸収率は短波長側において大きくなっている。また、本実施例の光学素子の反射率は、波長５５０ｎｍ付近に極大値を有し、波長４４０ｎｍ付近に極小値を有するような波長特性となっている。

図１５に本実施例の光学素子の透過率の波長特性を示す。図１５に示すような波長特性の透過率である本実施例の光学素子を光学系に用いることで、透過光の青緑色の色付きを補正することができる。

［実施例６］
次に、実施例６の光学素子について説明する。本実施例の光学素子は実施例３の光学素子３０の素子構成と同様である。すなわち、本実施例の光学素子は基板に近い側から順に積層された中間膜と、吸収層と、反射防止膜を有している。本実施例において中間膜は３層で構成されている。

実施例６の光学素子における各層の詳細を表６に示す。

本実施例における吸収層は実施例３の吸収層と同じ材料で形成されている。そのため、本実施例における吸収層の屈折率および消衰係数の波長特性は図９に示した通りである。

図１６に、本実施例の光学素子における反射率および吸収率の波長特性を示す。図１６に示すように、本実施例の光学素子の吸収率は長波長側において大きくなっている。また、本実施例の光学素子の反射率は短波長側よりも長波長側において大きくなっている。

図１７に本実施例の光学素子の透過率の波長特性を示す。図１７に示すような波長特性の透過率である本実施例の光学素子を光学系に用いることで、透過光の黄色の色付きを補正することができる。

［実施例７］
次に、実施例７の光学素子について説明する。実施例７の光学素子７０の概略図を図１８に示す。本実施例の光学素子７０は、上述した実施例１乃至６の光学素子とは異なり、吸収層を２層有している。すなわち、光学素子７０は、第１の吸収層７２ａと第２の吸収層７２ｂを備えている。第１の吸収層７２ａと第２の吸収層７２ｂの間には層７５が形成されている。光学素子７０に入射した光の一部は、第１の吸収層７２ａおよび第２の吸収層７２ｂで吸収される。なお。図１８において７３は反射防止膜であり、３層で構成されている。また、７４は中間膜であり、３層で構成されている。

実施例７の光学素子７０における各層の詳細を表７に示す。

本実施例における第１の吸収層７２ａと第２の吸収層７２ｂは、共に実施例３の吸収層と同じ材料で形成されている。そのため、本実施例における吸収層の屈折率および消衰係数の波長特性は図９に示した通りである。

図１９に、本実施例の光学素子における反射率および吸収率の波長特性を示す。図１９に示すように、本実施例の光学素子の吸収率は長波長側において大きくなっている。また、本実施例の光学素子の反射率は長波長側において大きくなっている。

図２０に本実施例の光学素子の透過率の波長特性を示す。図２０に示すような波長特性の透過率である本実施例の光学素子を光学系に用いることで、透過光の黄色の色付きを補正することができる。

なお、本実施例では第１の吸収層７２ａと第２の吸収層７２ｂを有している例について説明したが、吸収層を３層以上有していても良い。このとき、複数の吸収層のうち少なくとも１層が式（２）を満たしていれば良い。また、吸収層を複数有する場合、複数の吸収層のうちで基板から最も遠い位置に配置されている吸収層よりも基板に遠い位置に積層された膜が反射防止膜に相当する。また、複数の吸収層のうちで基板に最も近い位置に配置されている吸収層よりも基板に近い位置に積層された膜が中間膜に相当する。

以上、実施例１乃至７で説明したように、式（２）および（３）を満たし、入射光のうち一部の波長の光を吸収して一部の波長の光を反射することで所望の波長特性の透過率を得ることができる。

各実施例における種々の値を以下の表８にまとめて示す。

［実施例８］
次に、本発明の光学系に関する実施例８について説明する。

図２１に本実施例の光学系８０の断面図を示す。光学系８０はデジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いられる光学系である。

図２１において、８２は開口絞り、８３は像面である。また、光学系８０は複数のレンズを有しており、実施例６の光学素子が物体側から数えて３番目のレンズ８１として設けられている。したがって、光学系８０の第３レンズ８１の透過率の波長特性は図１７に示した通りである。

本実施例の光学系８０は、後述する数値実施例でも示すように、株式会社オハラ社製Ｓ−ＮＰＨ２、Ｓ−ＴＩＨ５３Ｗ、Ｓ−ＴＩＨ６など、短波長側の光を吸収するような硝材が多く使用されている。仮に第３レンズ８１の物体側の面に表６に示した膜が形成されていない場合の光学系８０全体の透過率は、波長４５０ｎｍでは８６．８％、波長５５０ｎｍでは９７．３％、波長６５０ｎｍでは９８．２％となっている。したがって、第３レンズ８１の物体側の面に表６に示した膜が形成されていない場合、光学系を透過した光は黄色に色づいてしまう。

ここで、図１７に示すように本実施例の第３レンズ８１の透過率は短波長側よりも長波長側の方が低くなっている。このため、実施例６の光学素子である第３レンズ８１によって、黄色の色づきを補正することができ、光学系８０を透過した光の色づきを低減することができる。

ここで、実施例６と同等の透過率の波長特性を反射のみで実現した比較例の光学素子における反射率の波長特性を図２２に示す。なお、本比較例の光学素子は第３レンズ１１の物体側の面上に表９に示す６層構成の膜を設けたものである。

図２２に示す比較例の光学素子反射率の波長特性と、図１６に示す本実施例における第３レンズ１１の反射率の波長特性を比較すると、本実施例における第３レンズ１１は比較例の光学素子よりも反射率が低いことがわかる。これは、本実施例の第３レンズ１１が反射と吸収を組み合わせて透過光の色づきを補正しているためである。したがって、比較例の光学素子のように反射のみで透過光の色づきを補正する場合と比べて、本実施例の第３レンズ１１はゴーストやフレアの発生を低減することができる。

なお、本実施例の光学系８０では本発明の光学素子を１つのみ有する例について説明したが、光学系に複数の本発明の光学素子を設けても良い。

さらに、本発明の光学系は撮像装置に用いられる光学系に限定されない。本発明の光学系は、望遠鏡、双眼鏡、顕微鏡の光学系であっても良いし、プロジェクタに用いられる投射光学系であっても良い。

以下に、本実施例の光学系８０の数値実施例を示す。面データの硝材の欄に記載した硝材名は、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）以外はすべて株式会社オハラの商品名である。また、レンズ全長は最も物体側のレンズ面から像面までの距離である。

［数値実施例］
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νｄ 硝材
1 285.181 10.70 1.48749 70.2 S-FSL 5
2 -365.280 45.00
3 77.200 19.00 1.43387 95.1 CaF2
4 -201.628 0.12
5 -211.919 3.10 1.65412 39.7 S-NBH 5
6 185.490 0.74
7 68.270 9.50 1.43387 95.1 CaF2
8 241.309 4.51
9 49.323 5.00 1.51633 64.1 S-BSL 7
10 36.974 18.45
11 -366.928 4.05 1.92286 18.9 S-NPH 2
12 -98.774 2.40 1.74950 35.3 S-NBH51
13 101.913 29.58
14 (絞り) ∞ 5.56
15 153.525 1.33 1.84666 23.8 S-TIH53W
16 52.297 5.67 1.65160 58.5 S-LAL7
17 -178.690 10.22
18 80.489 3.59 1.84666 23.8 S-TIH53W
19 -117.581 1.80 1.72916 54.7 S-LAL18
20 38.409 5.45
21 -114.990 1.70 1.83400 37.2 S-LAH60
22 105.792 4.62
23 83.144 3.75 1.80518 25.4 S-TIH 6
24 -362.882 3.23
25 118.635 5.83 1.74950 35.3 S-NBH51
26 -68.316 1.61 1.92286 18.9 S-NPH 2
27 -658.596 67.07
28 (像面) ∞

各種データ
焦点距離 294.99
Fナンバー 2.9
半画角（°） 2.1
像高 21.64
BF 67.07
レンズ全長 273.58

［実施例９］
次に、本発明の撮像装置に関する実施例９について説明する。

図２３は、本実施例の撮像装置（デジタルスチルカメラ）９０を示す概略図である。本実施例の撮像装置９０は、カメラ本体９１と、実施例８と同様である光学系９１と、光学系９１によって形成される像を受光して光電変換する撮像素子９３を備える。

本実施形態の撮像装置９０は、実施例８と同様である光学系９２を有するため、透過光の色づきが補正された画像を得ることができる。なお、撮像素子９３としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

１０ 光学素子
１１ 基板
１２ 吸収層
１３ 反射防止膜

Claims (19)

1. 基板と、前記基板に設けられた反射防止膜と、前記基板と前記反射防止膜の間に設けられ入射光の一部を吸収する吸収層と、を有する光学素子であって、
   波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける前記吸収層の消衰係数の最大値をｋ_Ｍ、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおいて前記吸収層の消衰係数がｋ_Ｍとなる波長をλ_Ｍ［ｎｍ］、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける前記光学素子の反射率の最大値と最小値の差をΔＲとするとき、
   ｋ_Ｍ／λ_Ｍ≦２．０×１０^−３［ｎｍ^−１］
   ０．０１＜ΔＲ
   なる条件式を満足することを特徴とする光学素子。
2. 波長４００ｎｍから７００ｎｍの各波長の光に対する前記光学素子の吸収率の最大値をＡ_Ｍとしたとき、
   ０．０２＜Ａ_Ｍ＜０．２
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける前記光学素子の吸収率の最大値と最小値の差をΔＡとしたとき、
   ０．４＜ΔＲ／ΔＡ＜２．５
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
4. 前記反射防止膜は少なくとも２層以上の層を積層して構成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項に記載の光学素子。
5. 前記吸収層の厚さは、８ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
6. 前記吸収層のｄ線に対する屈折率をＮ_ａとするとき、前記反射防止膜はｄ線に対する屈折率が１より大きくＮ_ａより小さい値の層を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。
7. 前記基板のｄ線に対する屈折率をＮ_ｓ、前記吸収層のｄ線に対する屈折率をＮ_ａとするとき、
   ｜Ｎ_ｓ―Ｎ_ａ｜≦０．３
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子。
8. 前記基板と前記吸収層との間に中間膜を有し、
   前記吸収層のｄ線に対する屈折率をＮ_ａ、前記基板のｄ線に対する屈折率をＮ_ｓとしたとき、
   前記中間膜はｄ線に対する屈折率がＮ_ａとＮ_ｓの間の値の層を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学素子。
9. ４００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長帯域における反射率の最大値が、５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長帯域における反射率の最大値よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学素子。
10. 波長λ［ｎｍ］における前記吸収層の消衰係数をｋ（λ）、波長４００ｎｍの光の波長をλ_４００、波長７００ｎｍの光の波長をλ_７００としたとき、
    ｋ（λ_４００）／λ_４００＜ｋ（λ_７００）／λ_７００
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学素子。
11. 波長λにおける前記吸収層の消衰係数をｋ（λ）、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおいて最小二乗法によりλに対してｋ（λ）を線形近似した際のλの係数をａ、ｄ線の波長をλ_ｄとしたとき、
    １．５≦ａ・λ_ｄ／ｋ（λ_ｄ）≦１０
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の光学素子。
12. 前記光学素子の反射率は、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長帯域で波長４００ｎｍから７００ｎｍにおける最大値をとることを特徴とする請求項１０または１１に記載の光学素子。
13. 前記吸収層はチタン酸化物を含むことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の光学素子。
14. 前記チタン酸化物は、チタン原子に対する酸素原子の比は２より小さく３／２以上であることを特徴とする請求項１３に記載の光学素子。
15. 波長λ［ｎｍ］における前記吸収層の消衰係数をｋ（λ）、波長４００ｎｍの光の波長をλ_４００、波長７００ｎｍの光の波長をλ_７００としたとき、
    ｋ（λ_７００）／λ_７００＜ｋ（λ_４００）／λ_４００
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学素子。
16. 波長λにおける前記吸収層の消衰係数をｋ（λ）、波長４００ｎｍから７００ｎｍにおいて最小二乗法によりλに対してｋ（λ）を線形近似した際のλの係数をａ、ｄ線の波長をλ_ｄとしたとき、
    −１０≦ａ・λ_ｄ／ｋ（λ_ｄ）＜０
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１５に記載の光学素子。
17. 前記吸収層はニオブ酸化物とタンタル酸化物の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１５または１６に記載の光学素子。
18. 複数のレンズと、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光学素子を有する光学系。
19. 請求項１８に記載の光学系と、該光学系によって形成された像を受光する撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。

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