JP6862192B2 - 光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ基体上に反射防止層が設けられた光学素子に関する。

デジタルカメラ等に用いられるレンズ等の光学素子の表面には一般に高い光透過性と低反射性能を有する膜、すなわち反射防止膜が設けられている。このような光学素子を使用したデジタルカメラ用交換レンズ等の光学機器のコストダウンや軽量化を目的として、レンズ基体としてガラスレンズに変わり樹脂レンズも使用され始めている。さらに近年の樹脂レンズの成形技術の向上や光学性能要求の高度化、光学系も小型化要求も相まって、半開角が４５°に近い高曲率を有する樹脂レンズの使用も検討されてきている。

ガラスレンズに対する反射防止膜の形成方法としては、真空蒸着法で低屈折率材料として屈折率１．３８のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）を含む多層膜を成膜する方法が一般に知られている。

しかしながら、ＭｇＦ_２は、膜の強度を高めるために蒸着時に基体の高温加熱（例えば約３００℃）が必要であり、樹脂レンズへの使用には制限があった。このために樹脂レンズに対する反射防止膜では、加熱をしなくてもよい低屈折率材料として屈折率が１．４５のＳｉＯ_２が一般的に使用されているが、屈折率がＭｇＦ_２に比べて高いため、反射防止性能が不十分でありゴースト等の発生が問題となっていた。

これに対し、無加熱又は低温加熱の成膜条件で樹脂レンズに対しＺｒ（ジルコニウム）やＴｉ（チタン）の酸化膜上にＭｇＦ_２膜を形成し、更に最外層にＳｉＯ_２膜を形成することにより、ＭｇＦ_２膜を使用可能にする例が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００２−２０２４０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている反射防止膜の構成では、ＭｇＦ_２の引張り応力が強いため、高温（例えば７０℃）環境に晒されたときレンズ基体上の反射防止膜にクラックが発生するという問題があった。

そこで、本発明は、高温環境に晒されたときに反射防止層にクラックが発生するのを抑制することを目的とする。

本発明の光学素子は、レンズ基体の上に反射防止層を備える光学素子であって、前記反射防止層が、前記レンズ基体側から、シリコン酸化物層とタンタル酸化物層とが交互に積層された６層からなる多重層と、前記多重層の上に設けられたマグネシウムフッ化物層と、前記マグネシウムフッ化物層の上に設けられたシリコン酸化物層と、を含み、前記レンズ基体側から順に、前記反射防止層に含まれる各層の波長λ_０に対する屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６、ｎ７、ｎ８とし、物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８としたとき、
１．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．３９×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．７２×λ_０
２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０９×λ_０
１．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０７×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１３×λ_０
２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．１６×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．３０×λ_０
１．４５≦ｎ５≦１．５０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０９×λ_０
２．００≦ｎ６≦２．３０ かつ ０．１０×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．１９×λ_０
１．３８≦ｎ７≦１．４１ かつ ０．１２×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．２２×λ_０
１．４５≦ｎ８≦１．５０ かつ ０．０７×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１４×λ_０
の条件を満足する。

本発明によれば、高温環境に晒された場合であっても反射防止層にクラックが発生するのを抑制することができる。

第１実施形態に係る光学素子の一部分の断面図である。 第１実施形態に係る成膜装置の一例としての真空蒸着装置を示す模式図である。 第１実施形態の光学素子の製造方法の成膜工程を示すフローチャートである。 第１実施形態におけるレンズ中央部および周辺部の分光反射率特性を示すグラフである。 第２実施形態に係る光学素子の一部分の断面図である。 第２実施形態におけるレンズ中央部および周辺部の分光反射率特性を示すグラフである。 比較例１の光学素子の一部分の断面図である。 比較例１におけるレンズ中央部および周辺部の分光反射率特性を示すグラフである。 比較例２の光学素子の一部分の断面図である。 比較例２におけるレンズ中央部および周辺部の分光反射率特性を示すグラフである。 比較例３の光学素子の一部分の断面図である。 比較例３におけるレンズ中央部および周辺部の分光反射率特性を示すグラフである。 第３実施形態および比較例４の光学素子の分光反射率を示すグラフである。 第４実施形態および比較例５の光学素子の分光反射率を示すグラフである。 第５実施形態および比較例６の光学素子の分光反射率を示すグラフである。 第６実施形態および比較例７の光学素子の分光反射率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。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光学素子の一部分の断面図である。光学素子３００は、レンズ基体である樹脂で形成されたレンズ（樹脂レンズ）２００と、樹脂レンズ２００の表面上に形成された反射防止膜１００と、を有する。

樹脂レンズ２００は、曲率を有するレンズである。第１実施形態では、樹脂レンズ２００は、半開角が４５°である。反射防止膜１００は、樹脂レンズ２００の表面上に形成された複数の薄膜層からなる多重層１２０と、多重層１２０の表面上に形成された２つの薄膜層１０７，１０８と、を有する。２つの薄膜層のうち、一方の層１０７は、他方の層１０８に対して相対的に内側に配置された内層であり、他方の層１０８は、一方の層１０７に対して相対的に外側に配置された外層である。第１実施形態では、外層１０８は、最外層である。

多重層１２０は、シリコンの酸化物（ＳｉＯ_２）からなるシリコン酸化膜の層とタンタルの酸化物（Ｔａ_２Ｏ_５）からなるタンタル酸化膜の層とが積層されて構成されている。第１実施形態では、多重層１２０は、樹脂レンズ２００の表面側から順に、シリコン酸化物の層とタンタル酸化物の層とが交互に積層されて６層で構成されている。

内層１０７は、多重層１２０の表面上に形成され、マグネシウムのフッ化物（ＭｇＦ_２）からなるマグネシウムフッ化膜で構成されている。外層１０８は、内層１０７の表面上に形成され、シリコンの酸化物（ＳｉＯ_２）からなるシリコン酸化膜で構成されている。よって、第１実施形態では、反射防止膜１００は、６層の多重層１２０、内層１０７及び外層１０８の８層で構成されている。

多重層１２０は、樹脂レンズ２００の表面側から順に、第１層１０１、第２層１０２、第３層１０３、第４層１０４、第５層１０５及び第６層１０６が積層されて構成されている。第１層１０１は、シリコン酸化物の層である。第２層１０２は、タンタル酸化物の層である。第３層１０３は、シリコン酸化物の層である。第４層１０４は、タンタル酸化物の層である。第５層１０５は、シリコン酸化物の層である。第６層１０６は、タンタル酸化物の層である。第６層１０６の表面上には、マグネシウムフッ化物の層（第７層）である内層１０７が積層されている。第７層である内層１０７の表面上には、シリコン酸化物の層（第８層）である外層１０８が積層されている。

第１層１０１、第３層１０３、第５層１０５、第８層の外層１０８であるシリコン酸化物の層は、低屈折率の層であり、基準波長の光に対する屈折率が１．４５以上１．５０以下である。第２層１０２、第４層１０４、第６層１０６であるタンタル酸化物の層は高低屈折率の層であり、基準波長の光に対する屈折率が２．００以上２．３０以下である。第７層の内層１０７であるマグネシウムフッ化物の層は、基準波長の光に対する屈折率が１．３８以上１．４１以下である。

樹脂レンズ２００に接する第１層１０１が屈折率１．４５以上１．５０以下のＳｉＯ_２の層であるので、樹脂レンズ２００の屈折率が１．５５以下であれば反射率に与える影響は少ない。したがって、樹脂レンズ２００の材料（材質）は、第１実施形態ではｄ線、即ち波長５８７．６（ｎｍ）の光に対して屈折率１．４８以上１．５５以下の樹脂としている。この屈折率を有する樹脂の材料としては、シクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ樹脂）（屈折率１．５４）又はＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．４９）が好ましい。第１実施形態では、樹脂レンズ２００の材料（材質）を、屈折率１．５４のＣＯＰ樹脂（商品名ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｅ４８Ｒ）としている。

第１実施形態における成膜装置の形態およびプロセスについて説明する。図２は、第１実施形態に係る成膜装置の一例としての真空蒸着装置を示す模式図である。真空蒸着装置９００は、不図示の真空ポンプによって排気される真空室を形成する真空チャンバ９０１と、真空チャンバ９０１の内部に配設された、軸９１０を中心として回転可能な蒸着治具（基体ホルダ）９０２と、を備えている。また、真空蒸着装置９００は、蒸着治具９０２を回転駆動する駆動機構９０６を備えている。また、真空蒸着装置９００は、イオン銃９０５と、Ｗライナー９０３と、水晶膜厚センサ９０４と、を備えている。また、真空蒸着装置９００は、真空チャンバ９０１内にＡｒガスを導入する不図示のＡｒ導入ラインと、真空チャンバ９０１内にアシストガスであるＯ_２ガスを導入する不図示のＯ_２導入ラインと、を備えている。

真空蒸着装置９００としては、株式会社新明和工業製真空蒸着装置を用いた。真空蒸着装置の基本仕様は以下の通りである。

真空室 ： 内径φ１６００ｍｍ、有効高さ１５４０ｍｍ
蒸着治具： φ１４００ド−ム、φ６００治具単位で自公転
３〜１５ｒ．ｐ．ｍ．で公転可能
蒸発源 ： １０ＫＷ電子銃
イオン銃： エンドホール型イオン銃
膜厚制御： 水晶膜厚系による蒸着速度、膜厚制御
導入ガス： 酸素およびアルゴン（イオン銃内部）、酸素（真空室内）

次に、光学素子３００の製造方法について説明する。まず、真空チャンバ９０１内に樹脂レンズ（レンズ基体）２００を蒸着治具９０２にセットする。次に、蒸着材量として顆粒上のＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、Ｔａ_２Ｏ_５をＷライナー９０３（φ４０ｍｍ×ｔ２０ｍｍ）に入れ、電子銃るつぼ交換機構に必要数設置する。さらに、膜厚監視用の水晶膜厚センサ９０４を蒸着治具９０２中央開口部に配置した上で、真空チャンバ９０１内を２×１０^−３（Ｐａ）近傍の高真空領域まで無加熱状態で排気する。真空チャンバ９０１内の雰囲気が高真空状態になったのを確認したのち、不活性ガスとしてＡｒをイオン銃９０５内導入し、イオン銃９０５を放電させる。

イオン銃９０５が安定状態になったところで、真空チャンバ９０１内に酸素を導入し、真空圧が１×１０^−２（Ｐａ）程度で酸素イオンによるイオンアシスト蒸着を行い、反射防止膜１００を成膜する。

この反射防止膜１００を成膜する工程について、具体的に説明する。図３は、第１実施形態の光学素子の製造方法の成膜工程を示すフローチャートである。まず、樹脂レンズ２００の表面上に、シリコンの酸化物からなるシリコン酸化膜の層とタンタルの酸化物からなるタンタル酸化膜の層とが積層されて構成された多重層１２０を形成する（Ｓ１：多重層形成工程）。このとき、樹脂レンズ２００の表面に近い側から順に成膜する。次に、多重層１２０の表面上に、マグネシウムのフッ化物からなるマグネシウムフッ化膜の層で構成された内層１０７を形成する（Ｓ２：内層形成工程）。次に、内層１０７の表面上に、シリコンの酸化物からなるシリコン酸化膜の層で構成された外層１０８を形成する（Ｓ３：外層形成工程）。以上の各工程では、真空蒸着法により形成してもよいが、第１実施形態では、イオンアシスト蒸着法により形成する。なお概略の成膜条件を以下に示す。

なお、得られる反射防止膜の膜厚を均一にするためには、蒸着治具９０２を１０〜１５（ｒｐｍ）程度の速度で公転させながら蒸着を実行することが好ましい。以上の条件で、樹脂レンズ２００の表面（片面）上に反射防止膜１００を成膜するが、この時、必要に応じて樹脂レンズ２００を反転したのち裏面上に関しても同様に反射防止膜１００を成膜することも可能である。反射防止膜１００の蒸着が完了したのち、真空チャンバ９０１内を大気にした後、光学素子を取り出す。

ここで、反射防止膜１００において多重層１２０の外側にある層１０７は、ＭｇＦ_２を用いているため、屈折率は、１．３８以上１．４１以下と低く、反射防止性能として優れている。しかし、樹脂レンズ２００では製造過程で高温（例えば３００℃）に加熱ができず、樹脂レンズ２００を無加熱（又は低温加熱）の状態で反射防止膜を形成しなければならないため、仮にＭｇＦ_２の層が最外層となると膜の強度不足となる。第１実施形態では、ＭｇＦ_２の膜強度の不足を補うため、内層１０７の表面上にシリコン酸化物の層からなる外層１０８を形成している。

また、イオンアシスト成膜により成膜する場合、ＳｉＯ_２の膜でＭｇＦ_２の膜を覆うことになり、荷電粒子によるＭｇＦ_２膜からＦ_２が脱離することによるＦ_２の膜吸収の発生を防止するバリア効果が得られる。特に荷電粒子からのバリア効果は、成膜後に多層膜全体が荷電粒子雰囲気に晒される可能性がある両面成膜において、Ｆ_２の脱離による膜吸収の発生を防止する効果がある。

ＭｇＦ_２の層である内層１０７は、強い引張応力を有するため、外層１０８に、圧縮応力を有するＳｉＯ_２の層を使用しても相殺されないため、第１実施形態では、多重層１２０において圧縮応力が作用する材料を用いている。

以下の表２は、実験により得られた各種材料と成膜条件による膜の応力の関係を示す表である。なお、第１実施形態では、成膜条件を真空蒸着と酸素イオンによるイオンアシスト蒸着の２パターンとした。

樹脂レンズに使用できる高屈折率材料としては、無加熱時でも膜強度や屈折率を得ることができるＴｉＯ_２やＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、これらの混合物等が使用可能である。しかし、表１の結果から、多重層１２０としてチタンやジルコンの酸化物（ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２或いはこれらの混合物）の膜は、膜応力が引張応力であり、真空蒸着又はイオンアシスト蒸着により成膜した場合でも、ＭｇＦ_２の膜の引張応力を相殺できない。

一方、Ｔａ_２Ｏ_５は、真空蒸着では応力方向を弱い引張〜圧縮応力を生じさせることが可能であり、特に、イオンアシスト蒸着では圧縮応力を生じさせることが可能である。そのため、ＴｉＯ_２やＺｒＯ_２等の他の高屈折率材料を用いた場合に比べ、多重層１２０の圧縮応力でＭｇＦ_２の膜の引張応力を緩和することができる。このように、Ｔａ_２Ｏ_５の膜を用いることにより、ＳｉＯ_２の膜の圧縮応力が増強され、ＭｇＦ_２の膜の引張応力を緩和する効果が高い。よって、反射防止膜１００の高いクラック耐性が得られることになる。なお、外層又は多重層を構成するＳｉＯ_２の膜の代わりにＳｉＯの膜を用いてもよい。

ここで、曲率を有する樹脂レンズ（レンズ基体）において反射防止膜を真空蒸着法により成膜した場合、その膜厚はレンズ基体に対する半開角をθとした場合、幾何的にはｃｏｓθだけ薄くなる。例えば半開角θ＝４５°の高曲率のレンズ基体の場合は、中央部分の膜厚に対し周辺部分では約３０％の膜厚減少が生じる。このため、高曲率のレンズ基体の周辺部における反射防止性能の低下に起因する、赤ゴーストの発生を抑制する必要がある。

このようなレンズ周辺の反射率ムラを軽減する方法としては、反射防止膜自体の性能を向上させ、波長４３０（ｎｍ）付近の可視域〜波長９００（ｎｍ）付近の近赤外域まで、反射防止性能を有する広帯域の反射防止膜の使用が効果的である。

第１実施形態では、広帯域の反射防止膜の設計および周辺部での赤ゴーストの発生を軽減するための具体的な膜構成について検討した。

表３に第１実施形態の８層の反射防止膜の膜構成を示す。ここで、基準波長をλ_０とする。基準波長λ_０は定数であり、以下の表３には、設計時の基準波長λ_０が５５０（ｎｍ）の場合について示している。図４は、第１実施形態におけるレンズ中央部および周辺部（半開角４５°）の分光反射率特性を示すグラフである。

図７は、比較例１の光学素子の一部分の断面図である。光学素子３００Ｘは、レンズ基体である樹脂で形成されたレンズ（樹脂レンズ）２００Ｘと、樹脂レンズ２００Ｘの表面上に形成された反射防止膜１００Ｘと、を有する。

反射防止膜１００Ｘは、第１層１０１Ｘ〜第７層１０７Ｘで構成されている。第１層１０１Ｘ、第３層１０３Ｘ、第５層１０５Ｘ、第７層１０７Ｘは、ＳｉＯ_２からなる膜の層である。第２層１０２Ｘ、第４層１０４Ｘ、第６層１０６Ｘは、Ｔａ_２Ｏ_５からなる膜の層である。比較例１では、ＭｇＦ_２を用いない７層で構成された反射防止膜１００Ｘである。

表４に比較例１の７層の反射防止膜の膜構成を示す。図８は、比較例１におけるレンズ中央部および周辺部（半開角４５°）の分光反射率特性を示すグラフである。

図４の結果から、第１実施形態では、レンズ中央部で波長４２０（ｎｍ）〜９００（ｎｍ）で反射率が１％以下であり、反射色が緑色である。これに対し、図８の結果から、比較例１では、反射色を緑色になるようにした場合で全体に第１実施形態よりも反射率が高く、特に視感度の高い５５０（ｎｍ）付近で反射率が高いことがわかる。

樹脂レンズ２００の表面側の層より順に、基準波長λ_０に対する反射防止膜１００の各層１０１〜１０８の屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６、ｎ７、ｎ８とする。また、反射防止膜１００の各層１０１〜１０８の物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８とする。物理膜厚は、例えば単位（ｎｍ）や（μｍ）で表される物理量である。光学膜厚は、屈折率と物理膜厚との掛け算で表される。

また、表３の結果から、反射防止膜１００の膜厚範囲は光学性能上、±３０％以内の範囲が好ましく、レンズ周辺部において膜厚が３０％程度減少しても反射防止効果を維持できることが、図４より確認できる。即ち、反射防止膜１００は、以下の条件を満足するのが好ましい。以下の条件は、基準波長λ_０が３８０（ｎｍ）以上７５０（ｎｍ）以下の可視域で満たしている。
１．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．３９×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．７２×λ_０
２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０９×λ_０
１．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０７×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１３×λ_０
２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．１６×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．３０×λ_０
１．４５≦ｎ５≦１．５０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０９×λ_０
２．００≦ｎ６≦２．３０ かつ ０．１０×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．１９×λ_０
１．３８≦ｎ７≦１．４１ かつ ０．１２×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．２２×λ_０
１．４５≦ｎ８≦１．５０ かつ ０．０７×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１４×λ_０

レンズ形状や光学特性等の調整を考慮して、反射防止膜１００の各層１０１〜１０８の膜厚を各々±３０％の範囲で調整すればよい。

また、反射防止膜１００の膜厚範囲は光学性能上、±１０％以内の範囲がより好ましい。即ち、反射防止膜１００は、以下の条件を満足するのがより好ましい。以下の条件は、基準波長λ_０が３８０（ｎｍ）以上７５０（ｎｍ）以下の可視域で満たしている。
０．５０×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．６１×λ_０
０．０６×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０８×λ_０
０．０９×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１１×λ_０
０．２１×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．２５×λ_０
０．０６×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０７×λ_０
０．１３×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．１６×λ_０
０．１５×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．１９×λ_０
０．１０×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１２×λ_０

レンズ形状や光学特性等の調整を考慮して、反射防止膜１００の各層１０１〜１０８の膜厚を各々±１０％の範囲で調整すればよい。

第１実施形態では、特に光学性能に影響の少ない第１層１０１の膜厚を、他の層１０２〜１０６よりも厚膜化することで、多重層１２０全体の圧縮応力を増加させ、樹脂レンズ２００の膨張時の影響を軽減させている。

次に反射防止膜１００の分光反射率について説明する。反射防止膜１００に対する光の入射角を０度としている。波長５５０（ｎｍ）の光に対する反射防止膜１００の反射率をＲ５５０とする。波長６５０（ｎｍ）の光に対する反射防止膜１００の反射率をＲ６５０とする。波長８５０（ｎｍ）の光に対する反射防止膜１００の反射率をＲ８５０とする。

波長５５０（ｎｍ）、６５０（ｎｍ）及び８５０（ｎｍ）における反射率の関係であるが、反射率がＲ５５０＜Ｒ６５０となった場合は、レンズ中心部分における反射色が赤系になり好ましくない。つまり、図４の結果から、Ｒ５５０≧Ｒ６５０であることが好ましい。また、Ｒ６５０＜Ｒ８５０となった場合は、反射防止帯域が狭く、膜厚ムラによる反射防止性能が低下することを意味する。つまり、図４の結果から、Ｒ６５０≧Ｒ８５０であることが好ましい。更にＲ８５０が１％以下（即ちＲ８５０≦１％）であれば半開角４５°以下の曲率の樹脂レンズであれば膜ムラ改善効果が十分に期待できる。

さらに、図４及び図８よりＲ５５０が１．５％以下（即ち１．５％≧Ｒ５５０）であれば、第１実施形態の反射防止膜１００の反射防止効果が比較例１より優れていることが確認できる。

以上、反射防止膜１００は、光の入射角を０度としたときの樹脂レンズ（レンズ基体）２００の中央部での反射率が１．５％≧Ｒ５５０≧Ｒ６５０≧Ｒ８５０で、かつＲ８５０≦１％であるのが好ましい。

図９は、比較例２の光学素子の一部分の断面図である。光学素子３００Ｙは、レンズ基体である樹脂で形成されたレンズ（樹脂レンズ）２００Ｙと、樹脂レンズ２００Ｙの表面上に形成された反射防止膜１００Ｙと、を有する。

反射防止膜１００Ｙは、第１層１０１Ｙ〜第８層１０８Ｙで構成されている。第１層１０１Ｙ、第３層１０３Ｙ、第５層１０５Ｙ、第８層１０８Ｙは、ＳｉＯ_２からなる膜の層である。第２層１０２Ｙ、第４層１０４Ｙ、第６層１０６Ｙは、ＴｉＯ_２からなる膜の層である。比較例１では、Ｔａ_２Ｏ_５の代わりにＴｉＯ_２で構成された８層の反射防止膜１００Ｙである。

表５に比較例２の７層の反射防止膜の膜構成を示す。図１０は、比較例２におけるレンズ中央部および周辺部（半開角４５°）の分光反射率特性を示すグラフである。

次に、分光光度計により反射率および透過率の測定、テープ剥離法による膜密着性評価、こすり試験による膜強度評価および耐環境試験を行った。耐環境試験の項目、条件を以下に示す。

第１実施形態として高屈折率層である第２層１０２、第４層１０４、第６層１０６をＴａ_２Ｏ_５膜とした場合の評価結果を表７に示す。

比較例２として高屈折率層である第２層１０２Ｙ、第４層１０４Ｙ、第６層１０６ＹをＴｉＯ_２膜とした場合の評価結果を表８に示す。

以上の結果より、高屈折率層がＴａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２のいずれの場合でも光学性能を満足するが、高温放置、熱衝撃の結果より、Ｔａ_２Ｏ_５がより望ましいことが確認できる。即ち、光学素子３００が車内などの高温（例えば７０℃）環境に晒された場合であっても反射防止膜１００にクラックが発生するのを抑制することができる。

以上の結果より、第１実施形態では、高曲率の樹脂レンズ２００においても周辺部と中心部の反射率差を効果的に軽減し、かつ高温時にも反射防止膜１００にクラック発生を抑制した高性能な光学素子３００を製造することができる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係る光学素子の一部分の断面図である。光学素子３００Ａは、レンズ基体である樹脂で形成されたレンズ（樹脂レンズ）２００Ａと、樹脂レンズ２００Ａの表面上に形成された反射防止膜１００Ａと、を有する。

樹脂レンズ２００Ａは、曲率を有するレンズである。第２実施形態では、樹脂レンズ２００Ａは、半開角が４５°である。反射防止膜１００Ａは、樹脂レンズ２００Ａの表面上に形成された複数の薄膜層からなる多重層１２０Ａと、多重層１２０Ａの表面上に形成された２つの薄膜層１０９Ａ，１１０Ａと、を有する。２つの薄膜層のうち、一方の層１０９Ａは、他方の層１１０Ａに対して相対的に内側に配置された内層であり、他方の層１１０Ａは、一方の層１０９Ａに対して相対的に外側に配置された外層である。第２実施形態では、外層１１０Ａは、最外層である。

多重層１２０Ａは、シリコンの酸化物（ＳｉＯ_２）からなるシリコン酸化膜の層とタンタルの酸化物（Ｔａ_２Ｏ_５）からなるタンタル酸化膜の層とが積層されて構成されている。第２実施形態では、多重層１２０Ａは、樹脂レンズ２００Ａの表面側から順に、シリコン酸化物の層とタンタル酸化物の層とが交互に積層されて８層で構成されている。

内層１０９Ａは、多重層１２０Ａの表面上に形成され、マグネシウムのフッ化物（ＭｇＦ_２）からなるマグネシウムフッ化膜で構成されている。外層１１０Ａは、内層１０９Ａの表面上に形成され、シリコンの酸化物（ＳｉＯ_２）からなるシリコン酸化膜で構成されている。よって、第２実施形態では、反射防止膜１００Ａは、８層の多重層１２０Ａ、内層１０９Ａ及び外層１１０Ａの１０層で構成されている。

多重層１２０Ａは、樹脂レンズ２００Ａの表面側から順に、第１層１０１Ａ、第２層１０２Ａ、第３層１０３Ａ、第４層１０４Ａ、第５層１０５Ａ、第６層１０６Ａ、第７層１０７Ａ及び第８層１０８Ａが積層されて構成されている。第１層１０１Ａは、シリコン酸化物の層である。第２層１０２Ａは、タンタル酸化物の層である。第３層１０３Ａは、シリコン酸化物の層である。第４層１０４Ａは、タンタル酸化物の層である。第５層１０５Ａは、シリコン酸化物の層である。第６層１０６Ａは、タンタル酸化物の層である。第７層１０７Ａは、シリコン酸化物の層である。第８層１０８Ａは、タンタル酸化物の層である。第８層１０８Ａの表面上には、マグネシウムフッ化物の層（第９層）である内層１０９Ａが積層されている。第９層である内層１０９Ａの表面上には、シリコン酸化物の層（第１０層）である外層１１０Ａが積層されている。

第１層１０１Ａ、第３層１０３Ａ、第５層１０５Ａ、第７層１０７Ａ及び第１０層の外層１１０Ａであるシリコン酸化物の層は、低屈折率の層であり、基準波長の光に対する屈折率が１．４５以上１．５０以下である。第２層１０２Ａ、第４層１０４Ａ、第６層１０６Ａ及び第８層であるタンタル酸化物の層は高低屈折率の層であり、基準波長の光に対する屈折率が２．００以上２．３０以下である。第９層の内層１０９Ａであるマグネシウムフッ化物の層は、基準波長の光に対する屈折率が１．３８以上１．４１以下である。

樹脂レンズ２００Ａに接する第１層１０１Ａが屈折率１．４５以上１．５０以下のＳｉＯ_２の層であるので、樹脂レンズ２００Ａの屈折率が１．５５以下であれば反射率に与える影響は少ない。したがって、樹脂レンズ２００Ａの材料（材質）は、第２実施形態ではｄ線に対して屈折率１．４８以上１．５５以下の樹脂としている。この屈折率を有する樹脂の材料としては、シクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ樹脂）（屈折率１．５４）又はＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．４９）が好ましい。第２実施形態では、樹脂レンズ２００Ａの材料（材質）を、屈折率１．５４のＣＯＰ樹脂（商品名ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｅ４８Ｒ）としている。

多重層１２０Ａの外側にある層１０９Ａは、ＭｇＦ_２を用いているため、屈折率は、１．３８以上１．４１以下と低く、反射防止膜の性能として優れている。しかし、樹脂レンズ２００Ａでは製造過程で高温（例えば３００℃）に加熱ができず、樹脂レンズ２００Ａを無加熱（又は低温加熱）の状態で反射防止膜を形成しなければならないため、仮にＭｇＦ_２を用いた層が最外層となると膜の強度不足となる。第２実施形態では、ＭｇＦ_２の膜強度の不足を補うため、内層１０９Ａの表面上にシリコン酸化物の層からなる外層１１０Ａを形成している。

また、イオンアシスト成膜により成膜する場合、ＳｉＯ_２の膜でＭｇＦ_２の膜を覆うことになり、荷電粒子によるＭｇＦ_２膜からＦ_２が脱離することによるＦ_２の膜吸収の発生を防止するバリア効果が得られる。特に荷電粒子からのバリア効果は、成膜後に多層膜全体が荷電粒子雰囲気に晒される可能性がある両面成膜において、Ｆ_２の脱離による膜吸収の発生を防止する効果がある。

ＭｇＦ_２の層である内層１０９Ａは、強い引張応力を有するため、外層１１０Ａに、圧縮応力を有するＳｉＯ_２の層を使用しても相殺されないため、第２実施形態では、多重層１２０Ａにおいて圧縮応力が作用する材料を用いている。

樹脂レンズに使用できる高屈折率材料としては、無加熱時でも膜強度や屈折率を得ることができるＴｉＯ_２やＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、これらの混合物等が使用可能である。しかし、表２の結果から、多重層１２０Ａとしてチタンやジルコンの酸化物（ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２或いはこれらの混合物）の膜は、膜応力が引張応力であり、真空蒸着又はイオンアシスト蒸着により成膜した場合でも、ＭｇＦ_２の膜の引張応力を相殺できない。

一方、Ｔａ_２Ｏ_５は、真空蒸着では応力方向を弱い引張〜圧縮応力を生じさせることが可能であり、特に、イオンアシスト蒸着では圧縮応力を生じさせることが可能である。そのため、ＴｉＯ_２やＺｒＯ_２等の他の高屈折率材料を用いた場合に比べ、多重層１２０Ａの圧縮応力でＭｇＦ_２の膜の引張応力を緩和することができる。このように、Ｔａ_２Ｏ_５の膜を用いることにより、ＳｉＯ_２の膜の圧縮応力が増強され、ＭｇＦ_２の膜の引張応力を緩和する効果が高い。よって、反射防止膜１００Ａの高いクラック耐性が得られることになる。なお、外層又は多重層を構成するＳｉＯ_２の膜の代わりにＳｉＯの膜を用いてもよい。

次に、広帯域の反射防止膜の設計および周辺部での赤ゴーストの発生を軽減するための具体的な膜構成について検討した。

表９に第２実施形態の１０層の反射防止膜の膜構成を示す。ここで、基準波長をλ_０とする。基準波長λ_０は定数であり、以下の表９には、設計時の基準波長λ_０が５５０（ｎｍ）の場合について示している。図６は、第２実施形態におけるレンズ中央部および周辺部（半開角４５°）の分光反射率特性を示すグラフである。

図１１は、比較例３の光学素子の一部分の断面図である。光学素子３００Ｚは、レンズ基体である樹脂で形成されたレンズ（樹脂レンズ）２００Ｚと、樹脂レンズ２００Ｚの表面上に形成された反射防止膜１００Ｚと、を有する。

反射防止膜１００Ｚは、第１層１０１Ｚ〜第９層１０９Ｚで構成されている。第１層１０１Ｚ、第３層１０３Ｚ、第５層１０５Ｚ、第７層１０７Ｚ、第９層１０９Ｚは、ＳｉＯ_２からなる膜の層である。第２層１０２Ｚ、第４層１０４Ｚ、第６層１０６Ｚ及び第８層１０８Ｚは、Ｔａ_２Ｏ_５からなる膜の層である。比較例３では、ＭｇＦ_２を用いない９層で構成された反射防止膜１００Ｚである。

表１０に比較例３の９層の反射防止膜の膜構成を示す。図１２は、比較例３におけるレンズ中央部および周辺部（半開角４５°）の分光反射率特性を示すグラフである。

図６の結果から、第２実施形態では、レンズ中央部で波長４２０（ｎｍ）〜９００（ｎｍ）で反射率が１％以下であり、反射色が緑色である。これに対し、図１２の結果から、比較例２では、反射色を緑色になるようにした場合で全体に第２実施形態よりも反射率が高く、特に視感度の高い５５０（ｎｍ）付近で反射率が高いことがわかる。

樹脂レンズ２００Ａの表面側の層より順に、基準波長λ_０に対する反射防止膜１００Ａの各層１０１Ａ〜１１０Ａの屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６、ｎ７、ｎ８、ｎ９、ｎ１０とする。また、反射防止膜１００Ａの各層１０１Ａ〜１１０Ａの物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８、ｄ９、ｄ１０とする。

また、表９の結果から、反射防止膜１００Ａの膜厚範囲は光学性能上、±３０％以内の範囲が好ましく、レンズ周辺部において膜厚が３０％程度減少しても反射防止効果を維持できることが、図６より確認できる。即ち、反射防止膜１００Ａは、以下の条件を満足するのが好ましい。以下の条件は、基準波長λ_０が３８０（ｎｍ）以上７５０（ｎｍ）以下の可視域で満たしている。
１．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．３７×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．６９×λ_０
２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０３×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０６×λ_０
１．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０６×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１２×λ_０
２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．０６×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．１２×λ_０
１．４５≦ｎ５≦１．５０ かつ ０．０３×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０６×λ_０
２．００≦ｎ６≦２．３０ かつ ０．１３×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．２５×λ_０
１．４５≦ｎ７≦１．５０ かつ ０．０４×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．０８×λ_０
２．００≦ｎ８≦２．３０ かつ ０．０９×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１６×λ_０
１．３８≦ｎ９≦１．４１ かつ ０．１４×λ_０≦ｎ９×ｄ９≦０．２６×λ_０
１．４５≦ｎ１０≦１．５０ かつ ０．０４×λ_０≦ｎ１０×ｄ１０≦０．０８×λ_０

レンズ形状や光学特性等の調整を考慮して、反射防止膜１００Ａの各層１０１Ａ〜１１０Ａの膜厚を各々±３０％の範囲で調整すればよい。

また、反射防止膜１００Ａの膜厚範囲は光学性能上、±１０％以内の範囲がより好ましい。即ち、反射防止膜１００Ａは、以下の条件を満足するのがより好ましい。以下の条件は、基準波長λ_０が３８０（ｎｍ）以上７５０（ｎｍ）以下の可視域で満たしている。
０．４７×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．５８×λ_０
０．０４×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０５×λ_０
０．０８×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１０×λ_０
０．０８×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．１０×λ_０
０．０４×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０５×λ_０
０．１７×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．２１×λ_０
０．０６×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．０７×λ_０
０．１１×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１４×λ_０
０．１８×λ_０≦ｎ９×ｄ９≦０．２２×λ_０
０．０６×λ_０≦ｎ１０×ｄ１０≦０．７０×λ_０

レンズ形状や光学特性等の調整を考慮して、反射防止膜１００Ａの各層１０１Ａ〜１１０Ａの膜厚を各々±１０％の範囲で調整すればよい。

第２実施形態では、特に光学性能に影響の少ない第１層１０１Ａの膜厚を、他の層１０２Ａ〜１０８Ａよりも厚膜化することで、多重層１２０Ａ全体の圧縮応力を増加させ、樹脂レンズ２００Ａの膨張時の影響を軽減させている。

なお、層数が７層以下の場合は、反射防止帯域の確保が難しく、高曲率レンズへの対応では不十分である。逆に層数が１１層以上の場合は膜厚の増加やコストアップ等で不利となる。

次に反射防止膜１００Ａの分光反射率について説明する。反射防止膜１００に対する光の入射角を０度としている。波長５５０（ｎｍ）の光に対する反射防止膜１００Ａの反射率をＲ５５０とする。波長６５０（ｎｍ）の光に対する反射防止膜１００Ａの反射率をＲ６５０とする。波長８５０（ｎｍ）の光に対する反射防止膜１００Ａの反射率をＲ８５０とする。

波長５５０（ｎｍ）、６５０（ｎｍ）及び８５０（ｎｍ）における反射率の関係であるが、反射率がＲ５５０＜Ｒ６５０となった場合は、レンズ中心部分における反射色が赤系になり好ましくない。つまり、図６の結果から、Ｒ５５０≧Ｒ６５０であることが好ましい。また、Ｒ６５０＜Ｒ８５０となった場合は、反射防止帯域が狭く、膜厚ムラによる反射防止性能が低下することを意味する。つまり、図６の結果から、Ｒ６５０≧Ｒ８５０であることが好ましい。更にＲ８５０が１％以下（即ちＲ８５０≦１％）であれば半開角４５°以下の曲率の樹脂レンズであれば膜ムラ改善効果が十分に期待できる。

さらに、図６及び図１２よりＲ５５０が１．５％以下（即ち１．５％≧Ｒ５５０）であれば、第２実施形態の反射防止膜１００Ａの反射防止効果が比較例２より優れていることが確認できる。

以上、反射防止膜１００Ａは、光の入射角を０度としたときの樹脂レンズ（レンズ基体）２００Ａの中央部での反射率が１．５％≧Ｒ５５０≧Ｒ６５０≧Ｒ８５０で、かつＲ８５０≦１％であるのが好ましい。

なお、光学素子３００Ａの製造方法は第１実施形態で説明した光学素子３００の製造方法と同様であるため、説明を省略する。

以上、第２実施形態によれば、光学素子３００Ａが車内などの高温（例えば７０℃）環境に晒された場合であっても反射防止膜１００Ａにクラックが発生するのを抑制することができる。

即ち、高曲率の樹脂レンズ２００Ａにおいても周辺部と中心部の反射率差を効果的に軽減し、かつ高温時にも反射防止膜１００Ａにクラック発生を抑制した高性能な光学素子３００Ａを製造することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、レンズ基体である樹脂基板上に８層の反射防止膜を設けた光学素子について説明する。第３実施形態における８層の反射防止膜は、入射角０度で光が入射したとき波長４５０（ｎｍ）の可視域から波長８５０（ｎｍ）の近赤外域までの反射率を１％以下に抑えるよう構成したものである。第３実施形態における８層の反射防止膜の膜構成を表１１に示す。ここで、基準波長をλ_０とする。基準波長λ_０は定数であり、以下の表１１には、設計時の基準波長λ_０が５５０（ｎｍ）の場合について示している。

第３実施形態の反射防止膜に対する比較として、表１２に比較例４における７層の反射防止膜の膜構成を示す。

図１３は、第３実施形態および比較例４の反射防止膜を有する光学素子の分光反射率を示すグラフである。図１３中、実線太線は、第３実施形態の反射防止膜における分光反射率を示し、実線細線は、比較例４の反射防止膜における分光反射率を示す。

比較例４の反射防止膜は、第３実施形態の反射防止膜と異なり、ＭｇＦ_２層を有さない。ＭｇＦ_２層を有する第３実施形態の反射防止膜は、比較例４の反射防止膜と異なり、波長４２０（ｎｍ）〜波長８５０（ｎｍ）の全域で入射角０度の光の反射率が１％以下であり、特に可視域では反射率が半減している。

なお第３実施形態の反射防止膜は、各層における製造誤差や屈折率のばらつきを調整するために±２０％以内の範囲で膜厚を調整することにより、反射率１％以下を達成できる。この際、ｄ線に対するレンズ基体の屈折率は、１．４８以上１．６５以下の範囲であればよい。この屈折率を有する樹脂の材料としては、シクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ樹脂）（屈折率１．５４）又はＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．４９）が好ましい。第３実施形態では、レンズ基体の材料（材質）を、屈折率１．５４のＣＯＰ樹脂（商品名ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｅ４８Ｒ）としている。

レンズ基体の表面側の層より順に、基準波長λ_０に対する反射防止膜の各層の屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６、ｎ７、ｎ８とする。反射防止膜の各層の物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８とする。反射防止膜の膜厚範囲は、表１１の結果に対し、±２０％以内の範囲が好ましい。即ち、第３実施形態の反射防止膜においては、以下の条件を満たすことが好ましい。以下の条件は、基準波長λ_０が３８０（ｎｍ）以上７５０（ｎｍ）以下の可視域で満たしている。
１．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．４４×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．６７×λ_０
２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０９×λ_０
１．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０９×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１４×λ_０
２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．１６×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．２５×λ_０
１．４５≦ｎ５≦１．５０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０９×λ_０
２．００≦ｎ６≦２．３０ かつ ０．１１×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．１７×λ_０
１．３８≦ｎ７≦１．４１ かつ ０．１７×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．２７×λ_０
１．４５≦ｎ８≦１．５０ かつ ０．０４×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．０７×λ_０

このように、第３実施形態の反射防止膜を用いることにより、低反射率であり、かつ耐熱試験におけるクラックの発生を防止する効果が高い光学素子を提供できる。

［第４実施形態］
第４実施形態では、レンズ基体である樹脂基板上に１０層の反射防止膜を設けた光学素子について説明する。第４実施形態における８層の反射防止膜は、入射角０度で光が入射したとき波長４２０（ｎｍ）の可視域から波長８５０（ｎｍ）の近赤外域までの反射率を１％以下に抑えるよう構成したものである。表１３に第４実施形態における１０層の反射防止膜の膜構成を示す。ここで、基準波長をλ_０とする。基準波長λ_０は定数であり、以下の表１３には、設計時の基準波長λ_０が５５０（ｎｍ）の場合について示している。

第４実施形態の反射防止膜に対する比較として、表１４に比較例５における９層の反射防止膜の膜構成を示す。

図１４は、第４実施形態および比較例５の反射防止膜を有する光学素子の分光反射率を示すグラフである。図１４中、太線実線が第４実施形態の反射防止膜における分光反射率を示し、実線細線が比較例５の反射防止膜における分光反射率を示す。

比較例５の反射防止膜は、第４実施形態の反射防止膜と異なり、ＭｇＦ_２層を有さない。ＭｇＦ_２層を有する第４実施形態の反射防止膜は、比較例５の反射防止膜と異なり波長４２０（ｎｍ）〜波長８５０（ｎｍ）の全域で入射角０度の光の反射率が１％以下であり、特に可視域では反射率が半減している。

なお第４実施形態の反射防止膜は、各層における製造誤差や屈折率のばらつきを調整するために±２０％以内の範囲で膜厚を調整することにより、反射率１％以下を達成できる。この際、ｄ線に対するレンズ基体の屈折率は、１．４８以上１．６５以下の範囲であればよい。この屈折率を有する樹脂の材料としては、シクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ樹脂）（屈折率１．５４）又はＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．４９）が好ましい。第４実施形態では、レンズ基体の材料（材質）を、屈折率１．５４のＣＯＰ樹脂（商品名ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｅ４８Ｒ）としている。

レンズ基体の表面側の層より順に、基準波長λ_０に対する反射防止膜の各層の屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６、ｎ７、ｎ８、ｎ９、ｎ１０とする。反射防止膜の各層の物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８、ｄ９、ｄ１０とする。反射防止膜の膜厚範囲は、表１３の結果に対し、±２０％以内の範囲が好ましい。よって、第４実施形態の反射防止膜においては、以下の条件を満たすことが好ましい。以下の条件は、基準波長λ_０が３８０（ｎｍ）以上７５０（ｎｍ）以下の可視域で満たしている。
１．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．４０×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．６１×λ_０
２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０３×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０５×λ_０
１．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０７×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１２×λ_０
２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．０７×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．１２×λ_０
１．４５≦ｎ５≦１．５０ かつ ０．０３×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０６×λ_０
２．００≦ｎ６≦２．３０ かつ ０．１７×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．２７×λ_０
１．４５≦ｎ７≦１．５０ かつ ０．０４×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．０７×λ_０
２．００≦ｎ８≦２．３０ かつ ０．０９×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１５×λ_０
１．３８≦ｎ９≦１．４１ かつ ０．１５×λ_０≦ｎ９×ｄ９≦０．２４×λ_０
１．４５≦ｎ１０≦１．５０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ１０×ｄ１０≦０．０８×λ_０

このように、第４実施形態の反射防止膜を用いることにより、低反射率であり、かつ耐熱試験におけるクラックの発生を防止する効果が高い光学素子を提供できる。

［第５実施形態］
第５実施形態では、レンズ基体である樹脂基板上に６層の反射防止膜を設けた光学素子について説明する。第５実施形態における６層の反射防止膜は、入射角０度で光が入射したとき波長４５０（ｎｍ）から波長６５０（ｎｍ）までの可視域での反射率を０．５％以下に抑えるよう構成したものである。第５実施形態における６層の反射防止膜の膜構成を表１５に示す。ここで、基準波長をλ_０とする。基準波長λ_０は定数であり、以下の表１５には、設計時の基準波長λ_０が５５０（ｎｍ）の場合について示している。

第５実施形態の反射防止膜に対する比較として、表１６に比較例６における５層の反射防止膜の膜構成を示す。

図１５は、第５実施形態および比較例６の反射防止膜を有する光学素子の分光反射率を示すグラフである。図１５中、太線実線が第５実施形態の反射防止膜における分光反射率を示し、実線細線が比較例６の反射防止膜における分光反射率を示す。

比較例６の反射防止膜は、第５実施形態の反射防止膜と異なり、ＭｇＦ_２層を有さない。第５実施形態の反射防止膜は、波長４５０（ｎｍ）〜波長６５０（ｎｍ）の可視域で入射角０度の光の反射率が０．５％以下であり、比較例６に比べ、反射率を半減させることが可能である。

なお第５実施形態の反射防止膜は、各層における製造誤差や屈折率のばらつきを調整するために±３０％以内の範囲で膜厚を調整することにより、反射率０．５％以下を達成できる。この際、ｄ線に対するレンズ基体の屈折率は、１．４８以上１．６５以下の範囲であればよい。この屈折率を有する樹脂の材料としては、シクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ樹脂）（屈折率１．５４）又はＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．４９）が好ましい。第５実施形態では、レンズ基体の材料（材質）を、屈折率１．５４のＣＯＰ樹脂（商品名ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｅ４８Ｒ）としている。

ここでレンズ基体の表面側の層より順に、基準波長λ_０に対する反射防止膜の各層の屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６とする。反射防止膜の各層の物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６とする。反射防止膜の膜厚範囲は、表１５の結果に対し、±３０％以内の範囲が好ましい。よって、第５実施形態の反射防止膜においては、以下の条件を満たすことが好ましい。以下の条件は、基準波長λ_０が３８０（ｎｍ）以上７５０（ｎｍ）以下の可視域で満たしている。
１．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．２５×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．４８×λ_０
２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０２×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０５×λ_０
１．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０６×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１３×λ_０
２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．３２×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．６０×λ_０
１．３８≦ｎ５≦１．４１ かつ ０．０９×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．１７×λ_０
１．４５≦ｎ６≦１．５０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．１１×λ_０

このように、第５実施形態の反射防止膜を用いることにより、低反射率であり、かつ耐熱試験におけるクラックの発生を防止する効果が高い光学素子を提供できる。

［第６実施形態］
第６実施形態では、レンズ基体である樹脂基板上に８層の反射防止膜を設けた光学素子について説明する。第６実施形態における８層の反射防止膜は、入射角０度で光が入射したとき波長４５０（ｎｍ）の可視域から波長６５０（ｎｍ）の可視域までの反射率を０．５％以下に抑えるよう構成したものである。表１７に第６実施形態における８層の反射防止膜の膜構成を示す。ここで、基準波長をλ_０とする。基準波長λ_０は定数であり、以下の表１７には、設計時の基準波長λ_０が５５０（ｎｍ）の場合について示している。

第６実施形態の反射防止膜に対する比較として、表１８に比較例７における７層の反射防止膜の膜構成を示す。

図１６は、第６実施形態および比較例７の反射防止膜を有する光学素子の分光反射率を示すグラフである。比較例７の反射防止膜は、第６実施形態の反射防止膜と異なり、ＭｇＦ_２層を有しない。第６実施形態の反射防止膜は、波長４５０（ｎｍ）〜波長６５０（ｎｍ）の全域で入射角０度の光の反射率が０．５％以下であり、特に比較例７の反射防止膜に対し反射率を半減させることが可能である。

なお第６実施形態の反射防止膜は、各層における製造誤差や屈折率のばらつきを調整するために±３０％以内の範囲で膜厚を調整することにより、反射率０．５％以下を達成できる。この際、ｄ線に対するレンズ基体の屈折率は、１．４８以上１．６５以下の範囲であればよい。この屈折率を有する樹脂の材料としては、シクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ樹脂）（屈折率１．５４）又はＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．４９）が好ましい。第６実施形態では、レンズ基体の材料（材質）を、屈折率１．５４のＣＯＰ樹脂（商品名ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｅ４８Ｒ）としている。

レンズ基体の表面側の層より順に、基準波長λ_０に対する反射防止膜の各層の屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６、ｎ７、ｎ８とする。反射防止膜の各層の物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８とする。反射防止膜の膜厚範囲は、表１７の結果に対し、±３０％以内の範囲が好ましい。よって、第６実施形態の反射防止膜においては、以下の条件を満たすことが好ましい。以下の条件は、基準波長λ_０が３８０（ｎｍ）以上７５０（ｎｍ）以下の可視域で満たしている。
１．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．３３×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．６２×λ_０
２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０４×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０８×λ_０
１．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０６×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１２×λ_０
２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．１９×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．３６×λ_０
１．４５≦ｎ５≦１．５０ かつ ０．０１×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０４×λ_０
２．００≦ｎ６≦２．３０ かつ ０．１０×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．１９×λ_０
１．３８≦ｎ７≦１．４１ かつ ０．１０×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．２１×λ_０
１．４５≦ｎ８≦１．５０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１０×λ_０

第６実施形態の反射防止膜を用いることにより、低反射率であり、かつ耐熱試験におけるクラックの発生を防止する効果が高い光学素子を提供できる。

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、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。

上述の実施形態では、レンズ基体が樹脂レンズである場合に反射防止膜を形成する場合について説明したが、これに限定するものではなく、レンズ基体がガラスレンズであっても、上述の実施形態の反射防止膜を適用することは可能である。

１００…反射防止膜、１０７…内層（マグネシウムフッ化物の層）、１０８…外層（シリコン酸化物の層）、１２０…多重層、２００…レンズ基体、３００…光学素子

Claims (15)

1. レンズ基体の上に反射防止層を備える光学素子であって、
   前記反射防止層が、
   前記レンズ基体側から、シリコン酸化物層とタンタル酸化物層とが交互に積層された６層からなる多重層と、
   前記多重層の上に設けられたマグネシウムフッ化物層と、
   前記マグネシウムフッ化物層の上に設けられたシリコン酸化物層と、を含み、
   前記レンズ基体側から順に、前記反射防止層に含まれる各層の波長λ_０に対する屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６、ｎ７、ｎ８とし、物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８としたとき、
   １．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．３９×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．７２×λ_０
   ２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０９×λ_０
   １．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０７×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１３×λ_０
   ２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．１６×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．３０×λ_０
   １．４５≦ｎ５≦１．５０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０９×λ_０
   ２．００≦ｎ６≦２．３０ かつ ０．１０×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．１９×λ_０
   １．３８≦ｎ７≦１．４１ かつ ０．１２×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．２２×λ_０
   １．４５≦ｎ８≦１．５０ かつ ０．０７×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１４×λ_０
   の条件を満足する光学素子。
2. 前記反射防止層が、
   ０．５０×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．６１×λ_０
   ０．０６×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０８×λ_０
   ０．０９×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１１×λ_０
   ０．２１×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．２５×λ_０
   ０．０６×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０７×λ_０
   ０．１３×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．１６×λ_０
   ０．１５×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．１９×λ_０
   ０．１０×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１２×λ_０
   の条件を満足する請求項１に記載の光学素子。
3. レンズ基体の上に反射防止層を備える光学素子であって、
   前記反射防止層が、
   前記レンズ基体側から、シリコン酸化物層とタンタル酸化物層とが交互に積層された８層からなる多重層と、
   前記多重層の上に設けられたマグネシウムフッ化物層と、
   前記マグネシウムフッ化物層の上に設けられたシリコン酸化物層と、を含み、
   前記レンズ基体側から順に、前記反射防止層に含まれる各層の波長λ_０に対する屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６、ｎ７、ｎ８、ｎ９、ｎ１０とし、物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８、ｄ９、ｄ１０としたとき、
   １．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．３７×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．６９×λ_０
   ２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０３×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０６×λ_０
   １．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０６×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１２×λ_０
   ２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．０６×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．１２×λ_０
   １．４５≦ｎ５≦１．５０ かつ ０．０３×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０６×λ_０
   ２．００≦ｎ６≦２．３０ かつ ０．１３×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．２５×λ_０
   １．４５≦ｎ７≦１．５０ かつ ０．０４×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．０８×λ_０
   ２．００≦ｎ８≦２．３０ かつ ０．０９×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１６×λ_０
   １．３８≦ｎ９≦１．４１ かつ ０．１４×λ_０≦ｎ９×ｄ９≦０．２６×λ_０
   １．４５≦ｎ１０≦１．５０ かつ ０．０４×λ_０≦ｎ１０×ｄ１０≦０．０８×λ_０
   の条件を満足する光学素子。
4. 前記反射防止層が、
   ０．４７×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．５８×λ_０
   ０．０４×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０５×λ_０
   ０．０８×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１０×λ_０
   ０．０８×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．１０×λ_０
   ０．０４×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０５×λ_０
   ０．１７×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．２１×λ_０
   ０．０６×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．０７×λ_０
   ０．１１×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１４×λ_０
   ０．１８×λ_０≦ｎ９×ｄ９≦０．２２×λ_０
   ０．０６×λ_０≦ｎ１０×ｄ１０≦０．７０×λ_０
   の条件を満足する請求項３に記載の光学素子。
5. 前記反射防止層に対する光の入射角を０度とし、波長５５０（ｎｍ）の光に対する前記反射防止層の反射率をＲ５５０、波長６５０（ｎｍ）の光に対する前記反射防止層の反射率をＲ６５０、波長８５０（ｎｍ）の光に対する前記反射防止層の反射率をＲ８５０としたとき、
   前記反射防止層は、前記レンズ基体の中央部での反射率が１．５％≧Ｒ５５０≧Ｒ６５０≧Ｒ８５０で、かつＲ８５０≦１％である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
6. レンズ基体の上に反射防止層を備える光学素子であって、
   前記反射防止層が、
   前記レンズ基体側から、シリコン酸化物層とタンタル酸化物層とが交互に積層された６層からなる多重層と、
   前記多重層の上に設けられたマグネシウムフッ化物層と、
   前記マグネシウムフッ化物層の上に設けられたシリコン酸化物層と、を含み、
   前記レンズ基体側から順に、前記反射防止層に含まれる各層の波長λ_０に対する屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６、ｎ７、ｎ８とし、物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８としたとき、
   １．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．４４×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．６７×λ_０
   ２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０９×λ_０
   １．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０９×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１４×λ_０
   ２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．１６×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．２５×λ_０
   １．４５≦ｎ５≦１．５０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０９×λ_０
   ２．００≦ｎ６≦２．３０ かつ ０．１１×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．１７×λ_０
   １．３８≦ｎ７≦１．４１ かつ ０．１７×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．２７×λ_０
   １．４５≦ｎ８≦１．５０ かつ ０．０４×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．０７×λ_０
   の条件を満足する光学素子。
7. レンズ基体の上に反射防止層を備える光学素子であって、
   前記反射防止層が、
   前記レンズ基体側から、シリコン酸化物層とタンタル酸化物層とが交互に積層された８層からなる多重層と、
   前記多重層の上に設けられたマグネシウムフッ化物層と、
   前記マグネシウムフッ化物層の上に設けられたシリコン酸化物層と、を含み、
   前記レンズ基体側から順に、前記反射防止層に含まれる各層の波長λ_０に対する屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６、ｎ７、ｎ８、ｎ９、ｎ１０とし、物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８、ｄ９、ｄ１０としたとき、
   １．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．４０×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．６１×λ_０
   ２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０３×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０５×λ_０
   １．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０７×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１２×λ_０
   ２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．０７×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．１２×λ_０
   １．４５≦ｎ５≦１．５０ かつ ０．０３×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０６×λ_０
   ２．００≦ｎ６≦２．３０ かつ ０．１７×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．２７×λ_０
   １．４５≦ｎ７≦１．５０ かつ ０．０４×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．０７×λ_０
   ２．００≦ｎ８≦２．３０ かつ ０．０９×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１５×λ_０
   １．３８≦ｎ９≦１．４１ かつ ０．１５×λ_０≦ｎ９×ｄ９≦０．２４×λ_０
   １．４５≦ｎ１０≦１．５０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ１０×ｄ１０≦０．０８×λ_０
   の条件を満足する光学素子。
8. レンズ基体の上に反射防止層を備える光学素子であって、
   前記反射防止層が、
   前記レンズ基体側から、シリコン酸化物層とタンタル酸化物層とが交互に積層された４層からなる多重層と、
   前記多重層の上に設けられたマグネシウムフッ化物層と、
   前記マグネシウムフッ化物層の上に設けられたシリコン酸化物層と、を含み、
   前記レンズ基体側から順に、前記反射防止層に含まれる各層の波長λ_０に対する屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６とし、物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６としたとき、
   １．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．２５×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．４８×λ_０
   ２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０２×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０５×λ_０
   １．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０６×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１３×λ_０
   ２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．３２×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．６０×λ_０
   １．３８≦ｎ５≦１．４１ かつ ０．０９×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．１７×λ_０
   １．４５≦ｎ６≦１．５０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．１１×λ_０
   の条件を満足する光学素子。
9. レンズ基体の上に反射防止層を備える光学素子であって、
   前記反射防止層が、
   前記レンズ基体側から、シリコン酸化物層とタンタル酸化物層とが交互に積層された６層からなる多重層と、
   前記多重層の上に設けられたマグネシウムフッ化物層と、
   前記マグネシウムフッ化物層の上に設けられたシリコン酸化物層と、を含み、
   前記レンズ基体側から順に、前記反射防止層に含まれる各層の波長λ_０に対する屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５、ｎ６、ｎ７、ｎ８とし、物理膜厚をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８としたとき、
   １．４５≦ｎ１≦１．５０ かつ ０．３３×λ_０≦ｎ１×ｄ１≦０．６２×λ_０
   ２．００≦ｎ２≦２．３０ かつ ０．０４×λ_０≦ｎ２×ｄ２≦０．０８×λ_０
   １．４５≦ｎ３≦１．５０ かつ ０．０６×λ_０≦ｎ３×ｄ３≦０．１２×λ_０
   ２．００≦ｎ４≦２．３０ かつ ０．１９×λ_０≦ｎ４×ｄ４≦０．３６×λ_０
   １．４５≦ｎ５≦１．５０ かつ ０．０１×λ_０≦ｎ５×ｄ５≦０．０４×λ_０
   ２．００≦ｎ６≦２．３０ かつ ０．１０×λ_０≦ｎ６×ｄ６≦０．１９×λ_０
   １．３８≦ｎ７≦１．４１ かつ ０．１０×λ_０≦ｎ７×ｄ７≦０．２１×λ_０
   １．４５≦ｎ８≦１．５０ かつ ０．０５×λ_０≦ｎ８×ｄ８≦０．１０×λ_０
   の条件を満足する光学素子。
10. 前記波長λ_０は、３８０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下である請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学素子。
11. 前記レンズ基体の材質が、ｄ線に対して屈折率１．４８以上１．５５以下の樹脂である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。
12. 前記レンズ基体の材質が、ｄ線に対して屈折率１．４８以上１．６５以下の樹脂である請求項６乃至９のいずれか１項に記載の光学素子。
13. 前記レンズ基体の材質が、シクロオレフィンポリマー樹脂又はＰＭＭＡ樹脂である請求項１１または１２に記載の光学素子。
14. 前記レンズ基体が曲率を有するレンズである請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光学素子。
15. 前記レンズの半開角が４５°以下である請求項１４に記載の光学素子。

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