JP3550894B2 - 反射防止膜 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視領域で使用される光学部品に施される反射防止膜に関する。
【0002】
【従来の技術】
レンズやプリズム等の光学部品の表面での光の反射率を低減するために、これらの光学部品の表面に多層の反射防止膜が施される。反射率を著しく低くするとともに、可視光波長の全領域にわたって低反射率を得るために3層以上からなる反射防止膜が種々提案されている。特に5層構造の反射防止膜が上記目的に適うものとして提案されている。
【0003】
そのひとつは特開昭50−18051号公報に開示されているもので、そこには屈折率が1.42〜1.90の透明下地物質表面に5層からなる反射防止膜が形成されている。各層は、空気のごとき媒質から下地の側に向かって第1層、第3層、第5層は低屈折率材料、第2、第4層は高屈折率材料からなり、且つ第1層の光学的膜厚N1d1を基準設計波長λ0の1/4とし、第2層の光学的膜厚N2d2をλ0/2より大きくし、第3層、第4層、第5層の光学的膜厚をそれぞれλ0/4より小さくし、更に第2層、第3層、第4層および第5層の光学的膜厚の和N2d2+N3d3+N4d4+N5d5が
(3/4)λ0≦N2d2+N3d3+N4d4+N5d5≦λ0
となるように設計されている。
【0004】
また特公昭54−38904号公報は屈折率が1.47から1.75の範囲にある光学的媒体の空気に接する表面に形成される5層からなる反射防止膜を開示している。この反射防止膜はその界面に接する側の第1層から該界面の下地物質の表面に向け順次配設される第2層、第3層、第4層、第5層の屈折率と幾何学的膜厚を夫々N1、N2、N3、N4、N5およびd1、d2、d3、d4、d5とする各層の光学的膜厚を、基準設計波長λ0に対し、
0.260λ0>N1d1>0.230λ0
0.520λ0>N2d2>0.400λ0
0.500λ0>N3d3>0.060λ0
0.500λ0>N4d4>0.050λ0
0.500λ0>N5d5>0.050λ0
の範囲とし、しかも上記第3層、第4層及び第5層の光学的膜厚(N3d3、N4d4、N5d5)のうち何れか1つは、λ0/4より大きく、何れか1つがλ0/4より小さく、且つ、該光学的媒体を形成する下地物質の屈折率をNsとするときN1<N2、N2>N3、N3>N4、N4<N5、およびN5<Nsの関係を有するように設計されている。
【0005】
どちらの先行技術も、このような5層の反射防止膜を基板の表面に蒸着積層することにより、可視領域全体にわたり低反射率が実現できるとしている。
光学部品の表面での反射については、対象とする波長領域全体にわたって反射率を低くすることは、強く求められてきた特性ではあるが、しかし、光学部品表面での反射問題についてはもうひとつの重要な問題がある。即ち、光はその振動の電気ベクトルが含まれる面が反射の前後で異なる振動成分、即ちS成分と、反射後も振動面が変化しない振動成分であるP成分とからなり、反射率はP成分、S成分ともに低く抑えられる必要がある。しかし、前記の従来の反射防止膜は5層のような多層膜であっても、この期待には十分応えられているとは言えない。即ち、P成分とS成分の全体としての反射率は十分低く抑えられているが、可視領域のうちある波長領域ではP成分とS成分の反射率が必ずしも同じように低くはなっていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、可視波長領域の全体にわたって反射率が著しく低く、且つ可視波長領域全体にわたって光のP成分の反射とS成分の反射とを同じ程度に防止できる反射防止膜を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に積層された5 層以上の薄層から構成されている反射防止膜であって、最も入射媒質側に形成された第1層の材料の屈折率がn1が1.35<n1<1.50の範囲にあり、入射媒質側から数えて第2番目以降基板側に形成された第i層の材料の屈折率ni(i=2、3、4・・・)が、いずれも1.56<ni<2.40の範囲にあり、
多層膜のうち第 1 層を除く各層の光学的膜厚の和 d s が、
0.2 λ 0 < d s ≦ 0.68 λ 0
ただし、λ 0 :設計主波長
という関係を満たすことを特徴とする反射防止膜に関する。
【0008】
また、本発明は、前記反射防止膜が、入射媒質側から順に、第1層乃至第5層の5層から構成されるとともに、
入射媒質側から数えて第 2 層乃至第 5 層の材料の屈折率 n i ( i = 2 、 3 、 4 、 5 )は、それぞれ、
1.85 <n 2 < 2.40
1.56 <n 3 < 1.85
1.85 <n 4 < 2.40
1.56 <n 5 < 1.85
という関係を満たすことを特徴とする反射防止膜に関する。
【0009】
また、本発明は、上記の別の態様として、前記反射防止膜が、入射媒質側から順に、第1層乃至第6層の6層から構成されるとともに、
入射媒質側から数えて第 2 層及び第 3 層の材料の屈折率 n i ( i = 2 、 3 )は、それぞれ、
1.85 < n 2 < 2.40
1.85 < n 3 < 2.40
n 2 > n 3
という関係を満たすことを特徴とする反射防止膜に関する。
【0010】
本発明は、また、基板材料上に積層された複数の薄層から構成されている反射防止膜であって、最も入射媒質側に形成された第1層の材料の屈折率n1が1.35<n1<1.50の範囲にあり、入射媒質側から数えて第2番目に形成された第2層の材料の屈折率n2と、第3番目に形成された第3層の材料の屈折率n3は、いずれも1.85<ni<2.40(i=2,3)の範囲にあるとともに、n2>n3であることを特徴とする反射防止膜に関する。
【0011】
更に、本発明は、上記のひとつの態様として、入射媒質側から数えて第 4 層乃至第 6 層の材料の屈折率 n i ( i = 2 、 3 、 4 、 5 )は、それぞれ、
1.56 < n 4 < 1.85
1.85 < n 5 < 2.40
1.56 < n 6 < 1.85
という関係を満たすことを特徴とする反射防止膜に関する。
【0012】
また、本発明は、上記のひとつの別の態様として、前記反射防止膜が、入射媒質側から順に、第1層乃至第6層の6層から構成されるとともに、各層が、以下の条件を満足することを特徴とする上記記載の反射防止膜:
1.35<n4<1.50
1.85<n5<2.40
1.35<n6<1.50
ただし、
ni(i=1,2,3,4,5):入射媒質側から数えて第i層の材料の屈折率である。
【0013】
以上の本発明においては、前記基板材料の屈折率nkは、1.42<nk<1.90を満足することが好ましい。
【0014】
本発明の反射防止膜を光学部品表面に設けることにより、その光学部品基板に入射してくる光の反射を可視波長領域の全体にわたって著しく低くし、且つ可視波長領域全体にわたって光のP成分の反射とS成分の反射とを同じ程度に著しく低くすることができる。
【0015】
本明細書においては、多層膜の各層の名称は表面から基板の方へ向かって順に第1層、第2層、第3層・・・として表わされている。
本発明の反射防止膜は、屈折率nkが1.42〜1.90の基板の表面に設けることにより、基板への入射光線の反射を著しく低減するものであり、その特徴は、2層以上からなる多層膜であり、第2層以下の各層の膜はいずれも第1層の低屈折率Lよりも屈折率の高い中位屈折率Mまたは高屈折率Hの膜で構成されている。ここで屈折率L、M、Hの大きさは1.35<L<1.50、1.56<M<1.85、1.85<H<2.40の範囲にある。
また基板に接する層の屈折率と基板の屈折率との大きさの関係についてはそれぞれの屈折率が上記範囲内にありさえすれば、基板材料の屈折率と同一でない限り、特に制限はない。
第2層以下は屈折率がMのものとHのものが積層されており、第2層は屈折率がMであってもLであってもよい。
しかし、第2層は、屈折率Mを有するものよりも屈折率Hを有するものがより好ましい。これは第2層に高屈折率の膜を設けると、第1層と第2層間での反射率がより高くなるが、結果として全体の反射率が低く抑えられるとともに、P成分S成分に反射防止効果の差も小さくすることができるからである。
【0016】
本発明の第2の反射防止膜では、反射防止膜は第1層が屈折率L、第2層が屈折率H′、第3層が屈折率Hの膜で構成され(ここでH′は、1.85<H′<2.40で、且つH′>H)、第4層、第5層、第6層が屈折率L、MまたはHのいずれかの膜で構成されている6層膜からなる。
この第2の反射防止膜に於いて、第4層以下の各層の膜の屈折率がいずれも第1層の膜の屈折率よりも高い場合には、即ち屈折率がMまたはHのいずれかである場合には更に反射率の小さい反射防止膜として働くことができる。
しかし第2の反射防止膜に於いては、第4層以下の層に屈折率がLの膜が含まれていても、可視波長領域全体にわたって反射率を、光のP成分、S成分ともに従来よりも低減するという本発明の目的を満足することができる。
【0017】
ところで、多層構成の反射防止膜においては、以下の条件を満足することが望ましい。
0.2<d2/d1<2 (1)
ただし、
d1:第1層の光学的膜厚
d2:第2層の光学的膜厚
である。
多層構成の反射防止膜において、(1)式の範囲を満足する場合、P成分とS成分の反射率の差を小さくし、全体の反射率を低下させる効果を有する。
また、上記条件とは別に、多層構成の反射防止膜においては、以下の条件を満足することが望ましい。
0.2λ0<ds<0.75λ0 (2)
ただし、
ds:多層膜のうち第1層を除く各層の光学的膜厚の和
である。
多層構成の反射防止膜において、(2)式の範囲を満足する場合、(1)式と同様にP成分とS成分の反射率の差を小さくし、全体の反射率を低下させる効果を有する。
上記式(1)および(2)式は、それぞれ単独でも反射防止の効果が大きいが、2つの条件を両方満足するように構成すれば、より大きな反射防止効果を得ることができる。
【0018】
本発明の反射防止膜を構成する多層膜中に高屈折率膜、中位屈折率膜または低屈折率膜が複数用いられる場合は、高屈折率膜どうし、中位屈折率膜どうしまたは低屈折率膜どうしは異なった物質を使用することもできるし、同一の物質を使用することもできる。しかし、材料の種類をなるべく少なくして製造面で扱い易くするため等の理由により各層同一の物質を使用することが好ましい。
本発明に使用できる光学部品の基板としては、屈折率1.42〜1.90である物質を用いることができる。具体的には一般に市販されている光学ガラス、光学プラスチックスの全てを含む材料に対して適用することができる。
【0019】
低屈折率Lを有する物質としては、例えばMgF2、SiO2、ThF4あるいはNa3(AlF4)等を使用することができ、特にMgF2、SiO2が好ましい。
中位屈折率Mを有する物質としては、例えばAl2O3、MgO、CeF2等を使用することができ、特にAl2O3が好ましい。
高屈折率Hを有する物質としては、例えばCeO2、ZrO2、TiO2、Ta2O5、ZnS、TfO2、HfO2、ZrTiO4、Y2O3等を使用することができ、特にZrTiO4、TiO2が好ましい。
本発明に於いては、基板の種類にもよるが低屈折率物質としてMgF2、中位屈折率物質としてAl2O3、高屈折率物質としてZrTiO4およびTiO2を組み合わせて使用するのが好ましい。
【0020】
本発明の多層膜の製造方法としては、公知の方法、例えばイオンプレーティング法、スパッタリング法等の真空蒸着法を使用することができる。
【0021】
【実施例】
実施例 1〜3:第2層以降基板側の各層の材料に低屈折率物質を使用していない場合
表1に記載する屈折率を持つ基板上に、第1層、第2層、第3層、第4層および第5層として表1に記載する屈折率および光学的膜厚を設定した5層の反射防止膜を設けた。第2層以下の各層の屈折率はいずれも第1層の屈折率よりも高いしてある。
なお、表1の項目のうち、光学的膜厚の値は設計主波長λ0で割った値を記載している。
上記のように設計された反射防止膜の分光反射率を図1乃至図3に示す。図1乃至図3は、それぞれ実施例1乃至実施例3に対応している。各実施例において、反射防止膜への光線の入射角はすべて60°、設計主波長は、実施例1が625nm、実施例2が637.5nm、実施例3が675nmである。また、図1乃至図3において、Pは光線のP成分、Sは光線のS成分をそれぞれ表す。
【0022】
【表1】
【0023】
実施例 4〜6:更に第2層の屈折率n 2 および第3層の屈折率n 2 がいずれも1 . 85<n 2 , n 3 <2 . 40(n 2 >n 3 )である場合
表2に記載する屈折率を持つ基板上に、第1層、第2層、第3層、第4層、第5層および第6層として表2に記載する屈折率および光学的膜厚を設定した6層の反射防止膜を設けた。第2層以下の各層の屈折率はいずれも第1層の屈折率よりも高く、特に第2層の屈折率が他のいずれよりも屈折率が高くなっている。
なお、表2の項目のうち、光学的膜厚の値は設計主波長λ0で割った値を記載している。
上記のように設計された反射防止膜の分光反射率を図4乃至図6に示す。図4乃至図6は、それぞれ実施例4乃至実施例6に対応している。各実施例において、反射防止膜への光線の入射角はすべて60°、設計主波長は、実施例4が575nm、実施例5が637.5nm、実施例3が675nmである。
【0024】
【表2】
【0025】
実施例 7: 第2層の屈折率n 2 および第3層の屈折率n 2 がいずれも1 . 85< n 2 , n 3 <2 . 40(n 2 >n 3 )である場合
表3に記載する屈折率を持つ基板上に、第1層、第2層、第3層、第4層、第5層および第6層として表3に記載する屈折率および光学的膜厚を設定した6層の反射防止膜を設けた。第2層が最も高い屈折率となっている点では実施例4〜6と同じであるが、第4層および第6層の屈折率は第1層と同じように低い。
なお、表3の項目のうち、光学的膜厚の値は設計主波長λ0で割った値を記載している。
上記のように設計された反射防止膜の分光反射率を図7に示す。図7は実施例7に対応している。反射防止膜への光線の入射角は60°、設計主波長は、600nmである。
【0026】
【表3】
【0027】
比較例 1
比較例1は第3層および第5層に第1層と同じ低屈折率Lの物質の膜が用いられ、しかも第2層にも実施例4〜6で使用したH′の高屈折率物質が用いられていない5層からなる反射防止膜である。
【0028】
比較例 2
比較例2は第4層に第1層と同じ低屈折率の物質、第5層に第1層よりは高いがやはり低屈折率Lの範囲の屈折率の物質が用いられている5層からなる多層反射防止膜である。
比較例1および2の各層の屈折率および光学的膜厚を表4に示した。またこれらの反射防止膜を用いた場合の各波長での分光反射率をそれぞれ図8および図9に示した。
【0029】
【表4】
【0030】
【発明の効果】
第2層以下の各層の膜の屈折率がいずれも第1層の膜の屈折率よりも高い5層からなる多層膜を可視光線波長領域において透明な光学部品の表面に積層することにより、この光学部品表面での反射を、入射光のP成分およびS成分ともに、可視反射領域全体にわたって著しく低減できた(実施例1〜3)。更に第2層をより屈折率の高い層(屈折率H′(>H);第2層)および第3層(屈折率H)に分け、したがって多層膜を6層構造とすることにより、反射率の低下をより顕著にすることができた(実施例4〜6)。なお、第2層を上記のように2層に分割する場合は第4層以下の膜の一部が第1層と同じ低い屈折率であっても優れた反射率低減効果を発揮した(実施例7)。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の反射防止膜による可視光線領域の分光反射率。
【図2】実施例2の反射防止膜による可視光線領域の分光反射率。
【図3】実施例3の反射防止膜による可視光線領域の分光反射率。
【図4】実施例4の反射防止膜による可視光線領域の分光反射率。
【図5】実施例5の反射防止膜による可視光線領域の分光反射率。
【図6】実施例6の反射防止膜による可視光線領域の分光反射率。
【図7】実施例7の反射防止膜による可視光線領域の分光反射率。
【図8】比較例1の反射防止膜による可視光線領域の分光反射率。
【図9】比較例2の反射防止膜による可視光線領域の分光反射率。
【符号の説明】
S:入射光線のS成分の反射率スペクトル
P:入射光線のP成分の反射率スペクトル。
Claims (6)
- 基板上に積層された5 層以上の薄層から構成されている反射防止膜であって、最も入射媒質側に形成された第1層の材料の屈折率がn1が1.35<n1<1.50の範囲にあり、入射媒質側から数えて第2番目以降基板側に形成された第i層の材料の屈折率ni(i=2、3、4・・・)が、いずれも1.56<ni<2.40の範囲にあり、
多層膜のうち第1層を除く各層の光学的膜厚の和dsが、
0.2λ0<ds≦0.68λ0
ただし、λ0:設計主波長
という関係を満たすことを特徴とする反射防止膜。 - 前記反射防止膜は、入射媒質側から順に、第1層乃至第5層の5層から構成されるとともに、
入射媒質側から数えて第 2 層乃至第 5 層の材料の屈折率 n i ( i = 2 、 3 、 4 、 5 )は、それぞれ、
1.85<n2<2.40
1.56<n3<1.85
1.85<n4<2.40
1.56<n5<1.85
という関係を満たすことを特徴とする、請求項 1 に記載の反射防止膜。 - 前記反射防止膜は、入射媒質側から順に、第1層乃至第6層の6層から構成されるとともに、
入射媒質側から数えて第 2 層及び第 3 層の材料の屈折率 n i ( i = 2 、 3 )は、それぞれ、
1.85<n2<2.40
1.85<n3<2.40
n2>n3
という関係を満たすことを特徴とする、請求項 1 に記載の反射防止膜。 - 入射媒質側から数えて第 4 層乃至第 6 層の材料の屈折率 n i ( i = 2 、 3 、 4 、 5 )は、それぞれ、
1.56<n4<1.85
1.85<n5<2.40
1.56<n6<1.85
という関係を満たすことを特徴とする、請求項 3 に記載の反射防止膜。 - 前記反射防止膜は、さらに、
0.2 < d 2 /d 1 < 2
ただし、 d 1 :第 1 層の光学的膜厚、 d 2 :第 2 層の光学的膜厚
という関係を満たすことを特徴とする、請求項 1 に記載の反射防止膜。 - 前記基板材料の屈折率nkは、1.42<nk<1.90を満足することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の反射防止膜。
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