JP6714399B2 - 光学素子及び光学薄膜の成膜方法 - Google Patents

Description

本件発明は、光学素子及び光学薄膜の成膜方法に関し、特に、反射防止膜等の光学薄膜を光学面に備えた光学素子、及び反射防止膜等の光学薄膜の成膜方法に関する。

従来、光学素子の光学面に反射防止膜等の光学薄膜を設けることが行われている。このような光学薄膜を成膜する際、一般に、真空蒸着法が採用されている。真空蒸着法とは、真空容器内に基板を保持するホルダーと蒸着源（蒸発源）とを配置し、蒸着源を加熱することにより、加熱蒸発させた成膜原料としての蒸着物質を基材の表面に付着（蒸着）させる成膜方法をいう。この際、ドーム型のホルダーに光学素子を保持させ、このドーム型のホルダーを公転回転させながらその光学面に光学薄膜を成膜する手法が、簡易かつ安価であり、一般的なセッティング構成として採用されている。

しかしながら、上記従来の方法では、レンズのレンズ面等の曲率半径の小さい曲面（球面、非球面を含む）に光学薄膜を均一な膜厚で成膜することは困難であった。ドーム型のホルダーは、通常、蒸着物質が光学面の中心部に対して垂直に入射するように、その形状等が設計されている。光学面が曲面である場合、光学面の周縁部には蒸着物質は斜めに入射する。蒸着物質が成膜面に対して斜めに入射した場合は蒸着物質の堆積速度が低下するため、蒸着物質が成膜面に対して垂直に入射した場合と比較して、成膜面に付着する蒸着量が少なくなる。従って、ドーム型のホルダーを用いて成膜した場合、光学面の周縁部の膜厚は、光学面の中心部の膜厚よりも薄くなる。光学面の曲率半径が小さくなるほど、光学面の中心部から周縁部における膜厚分布差は大きくなる傾向にある。

そこで、このような光学素子に対して光学薄膜を成膜する際に、例えば特許文献１では、平板状の回転ホルダーに光学素子を所定の傾斜角度で保持させることにより、周縁部に対する蒸着物質（特許文献１の実施例では、ＬａＴｉＯ_３）の入射角を小さくさせること等が行われている（例えば、「特許文献１」参照。）。光学素子としての凸レンズを所定の傾斜角度で保持させて成膜すると、光学素子の中心部における膜の緻密性等が低下するため、膜の耐久性が低下する。そこで、特許文献１に記載の方法では、アシスト蒸着等を行うことにより、光学素子の中心部における膜の緻密性低下を防ぎ、光学面の中心部から周縁部における膜厚分布が小さい光学薄膜を成膜できるとされている。

また、膜厚分布の少ない光学薄膜を成膜するための方法として、いわゆる自公転機構を用いることが行われている。自公転機構とは、２つの回転軸を有するレンズホルダーを用いて、レンズを自転させながら、レンズを公転させる機構をいう。さらに、より膜厚分布の小さい光学薄膜を成膜するための方法として、遊星回転型機構を用いることが提案されている（例えば、「特許文献１」参照。）。遊星回転機構とは、例えば、３つの回転軸を有するホルダーを用いて、ホルダーによって保持されたレンズを各回転軸周りに回転させることで、レンズをあたかも遊星回転の如く回転させる機構をいう（例えば、「特許文献２」参照。）。

特開２００６−９１６００号公報 特開２０００−７３１６９号公報

しかしながら、特許文献２に記載される遊星回転機構は極めて複雑な機構を有し、このような遊星回転機構を有する真空蒸着装置を製造することは困難であると共に、経済的観点からも現実的ではない。さらに、上記真空蒸着装置を用いた場合も、曲率半径が小さい凹面を有するレンズに対して、自身に起因する光学特性のバラツキの少ない光学薄膜を成膜することができなかった。

そこで、本件発明の課題は、曲率半径の小さい凹面からなる光学面に光学薄膜を設けたときも、その光学薄膜に起因する光学特性のバラツキの少ない光学素子及び光学薄膜の成膜方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本件発明に係る光学素子は、凹面である光学面に光学薄膜を備える光学素子であって、当該光学素子は、当該光学面において光学的に有効な領域を光学有効領域とするとき当該光学有効領域の中心を通り当該光学面に垂直な直線Ｌと、当該光学有効領域の中心と当該光学素子の周縁部とを結ぶ線分ＬＳとのなす角度θ１が４５°≦θ１≦７５°であり、前記光学薄膜は、前記光学有効領域の表面に設けられ、膜厚が最大である箇所が前記光学有効領域の中心と周縁部との間の中間部に位置することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本件発明に係る光学薄膜の成膜方法は、凹面である光学面において光学的に有効な領域を光学有効領域とするとき、当該光学有効領域を成膜面として真空蒸着法によって光学薄膜を成膜するための光学薄膜の成膜方法であって、蒸着源側に前記成膜面を向けつつ当該蒸着源に対して前記光学素子を傾けた状態で回転させながら、前記蒸着源からの蒸着物質を前記成膜面に付着させると共に、当該光学素子によって、少なくとも前記成膜面の中心部において、当該蒸着物質のうち当該成膜面に斜めに入射する斜入射成分を遮蔽することを特徴とする。

本件発明によれば、曲率半径の小さい凹面からなる光学面に光学薄膜を設けたときも、その光学薄膜に起因する光学特性のバラツキの少ない光学素子及び光学薄膜の成膜方法を提供することができる。

本件発明に係る光学薄膜の膜厚分布の一例を示すグラフである。 本件発明に係る光学薄膜を備えた光学素子を示す模式図である。 本件発明に係る光学薄膜の成膜方法を示す模式図である。 膜厚測定方法を示す模式図である。 実施例１及び比較例１の光学薄膜の膜厚分布を示すグラフである。 実施例２及び比較例２の光学薄膜の膜厚分布を示すグラフである。 実施例３の光学薄膜の膜厚分布を示すグラフである。 実施例１の光学薄膜の反射特性を示すグラフである。 比較例１の光学薄膜の反射特性を示すグラフである。 実施例２の光学薄膜の反射特性を示すグラフである。 比較例２の光学薄膜の反射特性を示すグラフである。 実施例３の光学薄膜の反射特性を示すグラフである。 実施例１及び比較例１の光学薄膜を備える光学素子を組み込んだ撮像系によって得られた画像である。 実施例２及び比較例２の光学薄膜を備える光学素子を組み込んだ撮像系によって得られた画像である。

以下、本件発明に係る光学素子、その光学薄膜及び光学薄膜の成膜方法の実施の形態を説明する。

１．光学素子
まず、本件発明に係る光学素子の実施の形態を説明する。本件発明において、光学素子は特に限定されるものではなく、レンズ、フィルタ、ミラー等、種々のものを用いることができる。当該実施の形態では、主として、当該光学素子として、光学面に凹面を有するレンズを例に挙げて説明する。

図２に示すように、本実施形態の光学素子１０は、光学面１１が凹面であるレンズである。光学面１１は、光学的に有効な領域である光学有効領域１４（例えば、レンズ面の有効径内の領域）を備えている。一方、光学面１１の外周縁１２の外径側の端部１３は、非光学有効領域となっている。光学有効領域１４の表面には、真空蒸着法によって成膜されたＭｇＦ_２を含む光学薄膜２０が設けられている。

光学素子１０は、光学有効領域１４の中心１５を通り光学面１１に垂直な直線Ｌと、光学有効領域の中心１５と光学素子の周縁部（例えば、外周縁１２）とを結ぶ線分ＬＳとのなす角度θ１が４５°≦θ１≦７５°となっている。なお、光学有効領域１４の中心１５を通り光学面１１に垂直な直線Ｌは、光学素子１０が撮像用レンズとして使用される場合には、光軸に相当する。

上記θ１が４５°≦θ１≦７５である光学素子１０は、凹面である光学面１１の曲率半径が小さい。特許文献１及び特許文献２の方法では、そのような光学素子１０に対して、真空蒸着法によって所定の膜厚分布を備える光学薄膜２０を成膜することは困難であった。また、そのような光学素子１０は、光学薄膜２０の膜厚分布によっては、光学薄膜２０に起因する光学面１１の中心部と周縁部とにおける光学特性のバラツキが大きいことがあった。しかしながら、本実施形態の光学素子１０によれば、以下の光学薄膜２０を備えることにより、上記光学特性のバラツキを小さくすることができる。

２．光学薄膜
光学薄膜２０は、１層構造又は多層構造とすることができ、少なくともＭｇＦ_２からなる層を含んでいる。ＭｇＦ_２からなる光学薄膜２０は、屈折率ｎが１．３６と低いので、反射防止膜に用いたとき反射率を低くすることができる。また、光学薄膜２０が多層構造である場合には、ＭｇＦ_２からなる層に加えて、例えばＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、及びＬａＴｉＯ_３等のいずれかからなる層を少なくとも１層以上含む構成とすることができる。また、光学薄膜２０が多層構造である場合には、最表層がＭｇＦ_２からなることがより好ましい。

光学薄膜２０は、膜厚が最大である箇所が光学有効領域１４の中心１５と外周縁１６との間の中間部に位置している。光学薄膜２０の膜厚が最大である箇所は、特に、光学有効領域１４の中心１５を通り光学面１１に垂直な直線Ｌからの距離が０．１Ｒ２以上０．４Ｒ２以下の範囲の領域に位置することが好ましい。また、光学薄膜２０は、膜厚分布が光学有効領域１４の中心１５を円中心とする同心円状であることが好ましい。当該同心円状には、例えば製造誤差等を含む略同心円状も含まれる。

また、光学薄膜２０の膜厚は、光学有効領域１４の中心１５における膜厚をｄｃとし、光学有効領域１４の外周縁１６における膜厚をｄｏとし、平均膜厚をｄａとし、最大膜厚をｄｍとしたとき、以下の３つの条件式（１）から条件式（３）のうちの１つ以上を満足することが好ましい。
０．８ｄｃ＜ｄａ＜ｄｃ ・・・（１）
ｄｃ＜ｄｍ＜１．２ｄｃ ・・・（２）
ｄｏ＜ｄｍ＜１．２ｄｏ ・・・（３）

上記条件式（１）を満足しない（ｄａ≦０．８ｄｃ又はｄｃ≦ｄａ）場合には、光学薄膜２０の中心部の膜厚が他の領域と比較して小さ過ぎるか又は大きすぎるために、光学薄膜２０に起因する光学特性のバラツキが大きくなることがある。

また、上記条件式（２）を満足しない（ｄｍ≦ｄｃ又は１．２ｄｃ≦ｄｍ）場合には、膜厚最大である位置の膜厚が大きすぎるために、光学薄膜２０に起因する光学特性のバラツキが大きくなることがある。

また、上記条件式（３）を満足しない（ｄｍ≦ｄｏ又は１．２ｄｏ≦ｄｍ）場合には、膜厚最大である位置の膜厚が大きすぎるために、光学薄膜２０に起因する光学特性のバラツキが大きくなることがある。

図１に、光学薄膜２０の膜厚分布の一例を示す。図１は、横軸が光学有効領域１４における上記直線Ｌ（光軸）からの距離を示し、０が光学有効領域１４の中心１５であり、０．５Ｒ２が光学有効領域１４の中心１５から外周縁１６までの距離を意味し、縦軸が光学薄膜２０の膜厚を示している。そして、光学薄膜２０の膜厚分布が光学有効領域１４の中心１５を円中心とする同心円状である場合には、図１の曲線と横軸で囲まれた部分を、縦軸を回転軸として回転させて得られる回転体が、光学薄膜２０の実際の形状に相当する。

本実施形態では、光学薄膜２０は、図１に示すように、光学有効領域１４の中心１５から外周縁１６までの全領域に亘って形成されているが、外周縁１６よりも内側のみに形成されていてもよい。光学薄膜２０は、図１に示すように、膜厚が最大である箇所が、光学有効領域１４において上記直線Ｌ（光軸）からの距離が０．１Ｒ２以上０．４Ｒ２以下の範囲の領域に位置していて、その最大膜厚ｄｍが上記条件式（２）を満足している。また、光学薄膜２０は、その平均膜厚ｄａが上記条件式（１）を満足している。

ここでは、光学薄膜２０が、上記３つの条件式（１）から条件式（３）のうちの２つを満足する場合について説明したが、これに限定されない。また、光学薄膜２０は、上記３つの条件（１）から条件式（３）のうちの少なくとも１つを満足することが好ましいが、いずれも満足しなくてもよい。また、光学薄膜２０において膜厚が最大である箇所は、光学有効領域１４の中心１５と外周縁１６との間の中間部に位置するのであれば、どこにあってもよい。また、光学有効領域１４の中心１５における膜厚ｄｃと、外周縁１６における膜厚ｄｏとは、いずれが大きくてもよい。

本実施形態の光学薄膜２０は、上述したように、膜厚が最大である箇所が光学有効領域１４の中心１５と外周縁１６との間の中間部に位置している。このため、上記直線Ｌと上記線分ＬＳとのなす角度θ１が４５°≦θ１≦７５°であって曲率半径の小さい凹面からなる光学面１１を備える光学素子１０は、上記膜厚分布の光学薄膜２０を備えることにより、光学薄膜２０に起因する光学面１１の中心部と周縁部とにおける光学特性のバラツキを小さくすることができる。

例えば、本実施形態の光学素子１は、波長が３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下である光線を、光学有効領域１４の中心１５を通り光学面１１に垂直な直線Ｌに対して０°以上５５°以下の入射角で入射したとき、全波長領域及び全入射角度に亘って低い反射率を達成することができる。このとき、光線の波長と反射率との関係を示すスペクトルの形状を、入射角度に関係なく、ほぼ同一にすることができ、すなわち、光学薄膜２０に起因する光学面１１の中心部と周縁部とにおける反射性能のバラツキを小さくすることができる。

３．光学薄膜の成膜方法
本実施形態の光学薄膜２０は、光学素子１０の光学有効領域１４を成膜面として、真空蒸着法によって成膜することができる。本実施形態では、ＭｇＦ_２からなる光学薄膜２０を形成する場合について説明するが、ＭｇＦ_２に限定されず、種々の材料に適用可能である。

図３（ａ）に示すように、まず、真空雰囲気内にＭｇＦ_２を含む蒸着源３０を設け、その上方に設けられ、回転機構を備える図示しないレンズホルダーによって光学素子１０を保持する。図３（ａ）では、蒸着源３０の直上に光学素子１０が位置しているが、直上でなくてもよく上方であればよい。

レンズホルダーは、１つの光学素子１０を保持するものでもよく、複数の光学素子１０を保持するものであってもよい。１つの光学素子１０を保持するレンズホルダーの場合には、回転機構によって、上記直線Ｌを回転軸として回転するものとすることができる。また、複数の光学素子１０を保持するレンズホルダーの場合には、例えば、ドーム型の凹面側に複数の光学素子１０を保持し、回転機構によってドームの中心軸を回転軸として回転するものとすることができる。これにより、ドーム型のレンズホルダーに保持された個々の光学素子１０を、蒸着源３０に対して相対的に上記直線Ｌを回転軸として回転させることができる。なお、レンズホルダーの形状や回転機構は、これらに限定されず任意のものとすることができ、遊星回転機構を採用してもよい。

そして、レンズホルダーによって、光学素子１０の成膜面（光学有効領域１４）を蒸着源３０側に向けつつ成膜面が斜め下方を向くように光学素子１０を傾けた状態で保持し、例えば、上記直線Ｌを回転軸として光学素子１０を回転させる。

続いて、蒸発源３０を加熱すると、蒸着源３０から蒸発した蒸着物質であるＭｇＦ_２が光学素子１０の成膜面に付着し、ＭｇＦ_２からなる光学薄膜２０が成膜される。成膜面に付着（入射）する蒸着物質は、成膜面に対して略垂直に入射する成分（垂直入射成分）と、成膜面に対して斜めに対して入射する斜入射成分とがある。成膜面における垂直入射成分と斜入射成分との割合は、成膜面における入射位置と蒸着源３０との位置関係や、入射位置における成膜面の向き等によって異なる。

凹面である光学面１１を備える光学素子１０が蒸着源３０に対して斜めに傾いていることにより、蒸着源３０からの蒸着物質の一部は光学素子１０の周縁部（例えば端部１３）に衝突してその進行が遮られる。（これを「自己遮蔽」と称する。）このため、図３（ａ）に示すように、光学有効領域１４の中心部から蒸着源３０に近い側の外周縁１６までの領域では、上記自己遮蔽によって上記斜入射成分の入射が減少し、主に垂直入射成分が成膜面に付着する。特に、光学有効領域の１４の中心部においては、光学素子１０の回転に関係なく斜入射成分が遮蔽され、斜入射成分の成膜面への付着が抑制される。

これに対し、光学有効領域１４の中心部から蒸着源３０から遠い側の外周縁１６までの領域では、蒸着源３０との位置関係のために、上記自己遮蔽の影響を殆ど受けず、主に垂直入射成分が成膜面に付着し、斜入射成分の成膜面への付着は少ない。

本実施形態の成膜方法によれば、上述したように、成膜面の中心部では、斜入射成分の成膜面への付着が抑制されるために成膜量が減少する。この結果、図３（ｂ）に示すように、膜厚が最大である箇所が光学有効領域１４の中心１５（図中の横軸が０の位置に相当）と外周縁１６（図中の横軸が０．５Ｒ２の位置に相当）との間の中間部に位置する光学薄膜２０を得ることができる。

また、得られた光学薄膜２０は、成膜面全体に亘って、主に垂直入射成分によって形成され、斜入射成分が少ないので、膜の緻密性に優れると共に成膜面に対して強固に密着することができ、優れた物理的耐久性を得ることができる。

また、レンズホルダーは、光学素子１０を蒸着源３０に対して傾けた状態で保持するとしたが、このとき、上記直線Ｌと鉛直線（鉛直方向の直線）ＶＬとのとのなす角度をθ２とするとき、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。このようにすることにより、光学素子１０によって、成膜面の中心部において斜入射成分の入射を確実に遮蔽することができる。
θ２＞θ１ ・・・（４）

これに対し、上記条件式（４）を満足しない場合、すなわち、θ２＜θ１である場合には、図３（ｃ）に示すように、上述した自己遮蔽が行われないため、光学有効領域１４の中心部において斜入射成分が成膜面に入射する。そうすると、図３（ｄ）に示すように、光学有効領域１４の中心１５において成膜量が減少せず、膜厚が最大である箇所が光学有効領域１４の中心１５に位置することとなる。すなわち、本実施形態の光学薄膜２０を得ることができない。また、図３（ｃ）に示す方法で得られた光学薄膜２０は、垂直入射成分に加えて斜入射成分を多く含むため、膜の緻密性が不十分であって成膜面に対する密着性が低く、物理的耐久性が不十分となる。

また、本実施形態の光学薄膜の成膜方法は、上記角度θ１が４５°≦θ１≦７５°であって曲率半径の小さい凹面からなる光学面１１を備える光学素子１０に対して光学薄膜を成膜する場合には、上記角度θ２を４５°＜θ２≦８５°とすることにより、上述の膜厚分布を備える光学薄膜２０を確実に成膜することができる。

θ２≦４５°であると、θ２＜θ１の関係を満足することができない。一方、θ２＞８５°であると、成膜面において垂直入射成分の入射が不足し、所望の厚さに成膜するのが困難になることがある。

また、本実施形態の光学薄膜の成膜方法は、角度θ１が４５°≦θ１≦７５°を満足しない凹面からなる光学面１１を備える光学素子、例えばθ１＜４５°の凹面である光学素子についても適用可能である。

また、本実施形態の成膜方法では、光学薄膜２０の成膜温度は２２０℃以上４００℃以下であることが好ましい。成膜温度が高いほど、ＭｇＦ_２からなる光学薄膜２０の物理的耐久性が向上するが、４００℃を超えると、レンズホルダーの回転機構（例えば、ベアリング）に不具合が生じるおそれがあるからである。

また、特許文献１に開示されたアシスト蒸着を行う成膜方法では、光学薄膜の材料によっては、アシスト蒸着に用いられるプラズマやイオン等によって薄膜がダメージを受けて分解され光学的に膜の吸収が発生するために、アシスト蒸着を効果的に行うことができないことがある（例えば、ＭｇＦ_２）。これに対し、本実施形態の成膜方法によれば、プラズマやイオン等によって薄膜がダメージを受けることがないので、アシスト蒸着が困難な材料であっても光学薄膜２０を形成することができる。

次に、実施例および比較例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではない。

本実施例では、光学素子１０として、図２に示す形状を備え、光学有効領域１４の中心１５を通り光学面１１に垂直な直線Ｌとしての光軸と、光学有効領域の中心１５と光学素子１０の周縁部とを結ぶ線分ＬＳとのなす角度θ１が６０°である凹レンズを用いた。

本実施例では、真空蒸着法によって、光学素子１０の光学有効領域１４に反射防止膜としての光学薄膜２０を成膜した。具体的には、図３に示したように、まず、真空雰囲気内にＭｇＦ_２を含む蒸着源３０を設け、その上方に設けたレンズホルダーによって、成膜面を蒸着源３０側に向けつつ成膜面が斜め下方を向くように光学素子１０を保持した。このとき、上記直線Ｌと鉛直線ＶＬとのなす角度θ２は、図３に示すようにθ２＞θ１であった。続いて、レンズホルダーによって上記角度θ２を維持するように光学素子１０を傾けた状態で光学素子１０を回転させながら、真空蒸着法によってＭｇＦ_２等からなる光学薄膜２０を形成した。このとき、光学素子１０の端部１３等によって自己遮蔽が行われ、少なくとも成膜面の中心部において斜入射成分を遮蔽した。

〔比較例１〕
本比較例では、光学素子として、実施例１と同一の光学素子１０を用いた。そして、本比較例では、ドーム型のホルダーに光学素子を保持させ、このドーム型のホルダーを公転回転させながらその光学面に光学薄膜を成膜する手法により、光学薄膜２０を成膜した。このとき、上記自己遮蔽は全く行われなかった。

本実施例では、光学素子１０として、図２に示す形状を備え、上記角度θ１が５５°である凹レンズを用いた。そして、上記光学素子１０を用いた以外は、実施例１と全く同一にして、光学薄膜２０を成膜した。

〔比較例２〕
本比較例では、光学素子１０として、実施例２と同一の光学素子１０を用いた以外は、比較例１と全く同一にして、光学薄膜２０を成膜した。

本実施例では、光学素子１０として、図２に示す形状を備え、上記角度θ１が６５°である凹レンズを用いた。そして、上記光学素子１０を用いた以外は、実施例１と全く同一にして、光学薄膜２０を成膜した。

〔評価〕
次に、各実施例及び各比較例で得られた光学薄膜２０について、膜厚分布を測定した。まず、図４に示すように、光学薄膜の中心部に対する入射角度を０°として反射スペクトルを測定し、その反射スペクトルから中心部における膜厚を求めた。次に、光学薄膜２０の中心部から外周方向に０°から５５°の範囲内の角度φで変化させた位置において入射角度を０°として反射スペクトルを測定し、その反射スペクトルから各角度の位置における膜厚を求めた。次に、各角度の位置における膜厚について、中心部の膜厚に対する相対比を算出した。結果を図５から図７に示す。

次に、図５から図７において、光学素子１０の光学有効領域１４の中心１５を通り光学面１１に垂直な直線Ｌ（光軸）からの距離が０．１Ｒ２及び０．４Ｒ２である位置に相当する角度を求めた。図５に示す実施例１及び比較例１では、それぞれ９°及び４１°であり、図６に示す実施例２及び比較例２では、それぞれ９°及び４１°であり、図７に示す実施例３では、９°及び３８°であった。

次に、各実施例及び各比較例の光学薄膜２０について、図５から図７から、光学有効領域１４の外周縁１６における膜厚ｄｏと、最大膜厚ｄｍと、平均膜厚ｄａとを、中心１５における膜厚ｄｃを１００％としたときの相対比として求めた。このとき、実施例１，２及び比較例１，２については、中心部からの角度がφ＝５５°である位置を光学有効領域１４の外周縁１６とし、その膜厚を膜厚ｄｏとした。実施例３については、中心部からの角度がφ＝５０°である位置を光学有効領域１４の外周縁１６とし、その膜厚を膜厚ｄｏとした。また、各実施例及び各比較例の光学薄膜２０について、最大膜厚である箇所に相当する角度φと、上記直線Ｌ（光軸）から最大膜厚箇所までの距離を求めた。結果を表１に示す。

次に、各実施例及び各比較例の光学薄膜２０について、上記直線Ｌ（光軸）を回転軸としてさらに９０°、１８０°、２７０°回転させた位置において、光学有効領域１４の外周縁１６における膜厚ｄｏと、中心１５における膜厚ｄｃを測定し、光学有効領域１４の中心１５における膜厚ｄｃに対する外周縁１６における膜厚ｄｏの比（外周縁の膜厚比ｄｏ／ｄｃ）を求めたところ、表１と同等の結果が得られた。この結果から、各実施例及び各比較例の光学薄膜２０は、いずれも、膜厚分布が光学有効領域１４の中心１５を円中心とする略同心円状であることが判明した。

次に、各実施例及び各比較例の光学薄膜２０について、反射率を測定した。光学薄膜２０の中心部に対する光線の入射角を０°から５５°の範囲内で変化させ、各入射角において入射光の波長域を３５０ｎｍから１０５０ｎｍの範囲で測定した。結果を図８から図１２に示す。

次に、各実施例及び各比較例で得られた光学薄膜２０を備えた光学素子１０を撮像系に組み込み、撮影を行った。撮影条件は、実施例１及び比較例１では、Ｆ値２．８、画角１０°及びＦ値８、画角１５°とし、実施例２及び比較例２では、Ｆ値８、画角０°及びＦ値８、画角４５°とした。得られた画像を図１３及び図１４に示す。

以下、各実施例及び比較例の評価結果について述べる。はじめに、実施例１及び比較例１の評価結果について述べる。実施例１及び比較例１の光学薄膜２０は、いずれも、光学有効領域１４の中心１５を通り光学面１１に垂直な直線Ｌ（光軸）と、光学有効領域の中心１５と光学素子１０の周縁部とを結ぶ線分ＬＳとのなす角度θ１が６０°であって、光学面１１の曲率が小さい光学素子１０に設けられたものである。

図５及び表１から、実施例１の光学薄膜２０は、膜厚が最大である箇所は、上記直線Ｌ（光軸）からの距離が０．４２Ｒ２である位置であることが判明した。また、実施例１の光学薄膜２０は、光学有効領域１４の中心１５における膜厚ｄｃに対する外周縁１６における膜厚ｄｏの比（外周縁の膜厚比ｄｏ／ｄｃ）が９３．６％であり、中心１５における膜厚ｄｃに対する平均膜厚ｄａの比（平均膜厚比ｄａ／ｄｃ）が９７．７％であることが判明した。これらの結果から、実施例１の光学薄膜２０は、優れた膜厚均一性を備えることが明らかである。

一方、比較例１の光学薄膜２０は、膜厚が最大である箇所が上記直線Ｌ（光軸）上、すなわち、光学有効領域１４の中心１６に位置することが判明した。また、比較例１の光学薄膜２０は、外周縁の膜厚比ｄｏ／ｄｃが６８．５％であり、平均膜厚比ｄａ／ｄｃが８３．３％であることが判明した。これらの結果から、比較例１の光学薄膜２０は、実施例１の光学薄膜２０と比較して膜厚均一性に劣ることが明らかである。

また、実施例１の光学薄膜２０は、図８に示すように、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長領域において、入射角度の変化に対してスペクトル形状の変化が小さく、４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長領域において、いずれの入射角度においても反射率が０．５％以下であった。よって、実施例１の光学薄膜２０は、入射角が大きくなっても低反射率を達成可能な帯域が広く、広い入射角範囲の光線に対して低反射率を実現できることが明らかである。また、実施例１の光学薄膜２０は、反射率における光線の入射角に対する依存性が低いことから、光学薄膜２０の中心部だけでなく周縁部においても低反射率を実現できることが明らかである。

一方、比較例１の光学薄膜２０は、図９に示すように、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長領域において、入射角度の変化に対してスペクトル形状の変化が大きく、入射角度が大きくなるほど反射率が増加し、４００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長領域において最大反射率が２％であった。よって、比較例１の光学薄膜２０は、入射角が大きくなるにつれて、低反射率を達成可能な帯域が狭くなり、広い入射角範囲の光線に対して低反射率を実現できないことが明らかである。また、比較例１の光学薄膜２０は、反射率における光線の入射角に対する依存性が高いことから、光学薄膜２０の周縁部においては低反射率を実現できないことが明らかである。

また、可視光領域（３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下）において反射率が増加する場合には、光学薄膜を撮像系に組み込んで撮影したときに、ゴーストが発生することが知られている。特に、波長６７０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の光線（赤色の光線）に対する反射率が高く、且つ、それ以外の波長域の光線に対する反射率が低い場合には、赤色に着色したゴーストが発生する。

また、図１３に示すように、実施例１の光学薄膜２０を備えた光学素子１０を撮像系に組み込んで撮像したとき、視認性の高いゴースト、特に赤色に着色したゴーストは殆ど発生しなかった（図中の破線で囲んだ領域）。よって、実施例１の光学薄膜は、入射角度に関係なく赤色の光線に対する反射率が低いことが明らかである。これは、図８に示すように、実施例１の光学薄膜２０は、入射角度が５５°である波長７００ｎｍの光線に対する反射率が低い（１％以下）という結果にも表れている。

一方、比較例１の光学薄膜２０を備えた光学素子１０を撮像系に組み込んで撮像したとき、視認性の高いゴースト、特に赤色に着色したゴーストが発生していた（図中の破線で囲んだ領域）。よって、比較例１の光学薄膜２０は、入射角度によっては赤色の光線に対する反射率が高く、光学薄膜２０の周縁部においては低反射を実現できないことが明らかである。これは、図９に示すように、比較例１の光学薄膜２０は、入射角度が５５°である波長７００ｎｍの光線に対する反射率が高い（２．５％を上回っている）という結果にも表れている。

以上の図８及び図１３の結果から、実施例１の光学薄膜２０は、入射角度が大きい場合においても可視光領域の光線に対して低反射率を達成することができ、また、光学薄膜２０の中心部だけでなく周縁部においても優れた反射防止性能を備えることが明らかである。一方、以上の図９及び図１３の結果から、比較例１の光学薄膜２０は、入射角度が大きい場合には低反射率を達成することができず、また、光学薄膜２０の周縁部においては反射防止性能が不十分であることが明らかである。

次に、実施例２及び比較例２の評価結果について述べる。実施例２及び比較例２の光学薄膜２０は、いずれも、光学有効領域１４の中心１５を通り光学面１１に垂直な直線Ｌ（光軸）と、光学有効領域の中心１５と光学素子１０の周縁部とを結ぶ線分ＬＳとのなす角度θ１が５５°であって、光学面１１の曲率が小さい光学素子１０に設けられたものである。

図６及び表１から、実施例２の光学薄膜２０は、膜厚が最大である箇所は、上記直線Ｌ（光軸）からの距離が０．４２Ｒ２である位置であることが判明した。また、実施例２の光学薄膜２０は、外周縁の膜厚比ｄｏ／ｄｃが９２．８％であり、平均膜厚比ｄａ／ｄｃが９９．９％であることが判明した。これらの結果から、実施例２の光学薄膜２０は、優れた膜厚均一性を備えることが明らかである。

一方、比較例２の光学薄膜２０は、膜厚が最大である箇所が上記直線Ｌ（光軸）上、すなわち、光学有効領域１４の中心１５に位置することが判明した。また、比較例２の光学薄膜２０は、外周縁の膜厚比ｄｏ／ｄｃが５９．５％であり、平均膜厚比ｄａ／ｄｃが８３．０％であることが判明した。これらの結果から、比較例２の光学薄膜２０は、実施例２の光学薄膜２０と比較して膜厚均一性に劣ることが明らかである。

また、実施例２の光学薄膜２０は、図１０に示すように、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍの波長領域において、入射角度の変化に対してスペクトル形状の変化が小さく、４００ｎｍ以上６５０ｎｍの波長領域において、いずれの入射角度においても反射率が０．８％以下であった。よって、実施例２の光学薄膜は、入射角が大きくなっても低反射率を達成可能な帯域が広く、広い入射角範囲の光線に対して低反射率を実現できることが明らかである。また、実施例２の光学薄膜２０は、反射率における光線の入射角に対する依存性が低いことから、光学薄膜２０の中心部だけでなく周縁部においても低反射率を実現できることが明らかである。

一方、比較例２の光学薄膜２０は、図１１に示すように、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍの波長領域において、入射角度の変化に対してスペクトル形状の変化が大きく、入射角度が大きくなるほど反射率が増加し、４００ｎｍ以下６５０ｎｍの波長領域において最大反射率が５％を上回っていた。よって、比較例２の光学薄膜２０は、入射角が大きくなるにつれて、低反射率を達成可能な帯域が狭くなり、広い入射角範囲の光線に対して低反射率を実現できないことが明らかである。また、比較例２の光学薄膜２０は、反射率における光線の入射角に対する依存性が高いことから、光学薄膜２０の周縁部においては低反射率を実現できないことが明らかである。

また、図１４に示すように、実施例２の光学薄膜２０を備えた光学素子１０を撮像系に組み込んで撮像したとき、視認性の高いゴースト、特に赤色に着色したゴーストが殆ど発生していなかった（図中の破線で囲んだ領域）。よって、実施例２の光学薄膜は、入射角度に関係なく赤色の光線に対する反射率が低いことが明らかである。これは、図１０に示すように、実施例２の光学薄膜は、入射角度が５５°である波長６７０ｎｍの光線に対する反射率が低い（１％以下）という結果にも表れている。

一方、比較例２の光学薄膜２０を備えた光学素子１０を撮像系に組み込んで撮像したとき、視認性の高いゴースト、特に赤色に着色したゴーストが発生していた（図中の破線で囲んだ領域）。よって、比較例２の光学薄膜２０は、入射角度によっては赤色の光線に対する反射率が大きくなり、光学薄膜２０の周縁部においては低反射を実現できないことが明らかである。これは、図１１に示すように、比較例２の光学薄膜２０、入射角度が５５°である波長６７０ｎｍの光線に対する反射率が高い（グラフ範囲外）という結果にも表れている。

次に、実施例３の評価結果について述べる。実施例３の光学薄膜２０は、光学有効領域１４の中心１５を通り光学面１１に垂直な直線Ｌ（光軸）と、光学有効領域の中心１５と光学素子１０の周縁部とを結ぶ線分ＬＳとのなす角度θ１が６５°であって、光学面１１の曲率が小さい光学素子１０に設けられたものである。

図７及び表１から、実施例３の光学薄膜２０は、膜厚が最大である箇所は、上記直線Ｌ（光軸）からの距離が０．４５Ｒ２である位置であることが判明した。また、実施例３の光学薄膜２０は、外周縁の膜厚比ｄｏ／ｄｃが９５．４％であり、平均膜厚比ｄａ／ｄｃが１００．６％であることが判明した。これらの結果から、実施例３の光学薄膜２０は、実施例１及び実施例２よりもさらに優れた膜厚均一性を備えることが明らかである。

また、実施例３の光学薄膜２０は、図１２に示すように、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍの波長領域において、入射角度の変化に対してスペクトル形状の変化が小さく、４００ｎｍ以上６５０ｎｍの波長領域において、いずれの入射角度においても反射率が１％以下であった。よって、実施例３の光学薄膜は、入射角が大きくなっても低反射率を達成可能な帯域が広く、広い入射角範囲の光線に対して低反射率を実現できることが明らかである。また、実施例３の光学薄膜２０は、反射率における光線の入射角に対する依存性が低いことから、光学薄膜２０の中心部だけでなく周縁部においても低反射率を実現できることが明らかである。

以上説明したように、実施例１から実施例３の光学薄膜２０は、曲率の小さい凹面である光学面１１を備える光学素子１０に設けられたときでも、広い波長範囲及び広い入射角範囲の光線に対して優れた反射防止特性を示すことが確認された。このことから、また、曲率半径の小さい凹面からなる光学面１１を備える光学素子１０であっても、上述した膜厚分布である実施例１から実施例３の光学薄膜２０を設けることにより、光学薄膜に起因する光学面の中心部と周縁部とにおける反射性能のバラツキを小さくすることができることが確認された。

本件発明に係る光学薄膜は、広い波長範囲及び広い入射角範囲の光線に対して優れた反射防止効果を有するため、入射する光線の波長範囲の広い光学機器や、曲率の小さいレンズ等を使用する光学機器等に好適に用いることができる。

１０ 光学素子
１１ 光学面
１４ 光学有効領域
１５ 光学有効領域の中心
１６ 光学有効領域の外周縁
２０ 光学薄膜
３０ 蒸着源
Ｌ 光学有効領域の中心を通り光学面に垂直な直線
ＬＳ 光学有効領域の中心と光学素子の周縁部とを結ぶ線分
ＶＬ 鉛直線
θ１ 直線Ｌと線分ＬＳとのなす角度
θ２ 直線Ｌと鉛直線ＶＬとのなす角度

Claims (4)

1. 凹面である光学面を備える光学素子の光学的に有効な領域を光学有効領域とするとき、当該光学有効領域を成膜面として真空蒸着法によって光学薄膜を成膜するための光学薄膜の成膜方法であって、
   蒸着源側に前記成膜面を向けつつ当該蒸着源に対して当該光学素子を傾けた状態で回転させながら、前記蒸着源からの蒸着物質を前記成膜面に付着させると共に、当該光学素子によって、少なくとも前記成膜面の中心部において、当該蒸着物質のうち当該成膜面に斜めに入射する斜入射成分を遮蔽することを特徴とする光学薄膜の成膜方法。
2. 前記光学素子は、前記光学有効領域の中心を通り前記光学面に垂直な直線Ｌと、当該光学有効領域の中心と前記光学素子の周縁部とを結ぶ線分ＬＳとのなす角度をθ１とし、前記直線Ｌと鉛直線ＶＬとのなす角度をθ２とするとき、以下の条件式（４）を満足する請求項１に記載の光学薄膜の成膜方法。
   θ２＞θ１ ・・・（４）
3. 前記θ１は４５°≦θ１≦７５°であり、前記θ２は４５°＜θ２≦８５°である請求項２に記載の光学薄膜の成膜方法。
4. 前記蒸着源はＭｇＦ_２を含み、ＭｇＦ_２からなる光学薄膜を成膜する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学薄膜の成膜方法。