(57)【要約】【課題】反射防止機能に優れ、蛍石を主成分とする光学素子を提供すること【解決手段】光学素子１０１は、ＣａＦ２を主成分とする結晶材料からなる透明な基板１１と、該基板に形成された反射防止膜２０１と、を有し、前記反射防止膜は、前記基板に接する第１の膜を有し、該第１の膜のｄ線に対する屈折率をｎ１とするとき、１．４５≦ｎ１≦１．６０なる条件を満足することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＦ２を主成分とする結晶材料からなる透明な基板と、該基板に形成された反射防止膜と、を有し、
前記反射防止膜は、前記基板に接する第１の膜を有し、該第１の膜のｄ線に対する屈折率をｎ１とするとき、
１．４５≦ｎ１≦１．６０
なる条件を満足することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１の膜は湿式法によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の膜のｄ線に対する光学膜厚をｄ１とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
１００ｎｍ≦ｄ１≦３００ｎｍ
【請求項４】
前記第１の膜はＳｉＯ２とＴｉＯ２との混合膜であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記反射防止膜は、最も空気側にある第２の膜を更に有し、前記第２の膜のｄ線に対する屈折率をｎｘとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の光学素子。
１．１５≦ｎｘ≦１．２９
【請求項６】
前記第２の膜のｄ線に対する光学膜厚をｄｘとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項５項に記載の光学素子。
１００ｎｍ≦ｄｘ≦２００ｎｍ
【請求項７】
前記第２の膜は凹凸構造を有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。
【請求項８】
前記反射防止膜は２層以上からなることを特徴とする請求項５乃至７のうちいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記反射防止膜を構成する全ての層が湿式法で形成されていることを特徴とする請求項５乃至８のうちいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の光学素子を有することを特徴とする光学機器。
【請求項１１】
ＣａＦ２を主成分とする結晶材料からなる透明な基板に反射防止膜を形成するステップを有する光学素子の製造方法であって、
前記反射防止膜は、前記基板に接する第１の膜を有し、該第１の膜のｄ線に対する屈折率をｎ１とするとき、
１．４５≦ｎ１≦１．６０
なる条件を満足することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射防止膜を有する光学素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍石から構成されるレンズなどの光学素子に反射防止膜を形成する場合、蛍石基板に電子またはイオンがあたると蛍石中の不純物に電子がつかまり欠陥ができ、カラーセンターという着色が発生してしまう。そこで、特許文献１は、基板から数えて第１層目に３０ｎｍ以下の膜厚を、抵抗加熱方法またはスパッタ法で形成し、第２層目からは電子またはイオンを放出する真空蒸着方法またはスパッタ成膜方法で７層構成の反射防止膜を形成することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３１４７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蛍石は電子線の影響を受けてカラーセンターが発生するため、第１層目の膜を電子銃やスパッタによって成膜することは困難である。このため、特許文献１に記載されているように、電子銃を使用しない抵抗加熱蒸着を利用することが考えられるが、成膜材料が限定されているため、高性能な反射防止膜が得られない。
【０００５】
本発明は、反射防止特性に優れ、蛍石を主成分とする光学素子およびその製造方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光学素子は、ＣａＦ２を主成分とする結晶材料からなる透明な基板と、該基板に形成された反射防止膜と、を有し、前記反射防止膜は、前記基板に接する第１の膜を有し、該第１の膜のｄ線に対する屈折率をｎ１とするとき、１．４５≦ｎ１≦１．６０なる条件を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、反射防止特性に優れ、蛍石を主成分とする光学素子およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の光学素子の概略断面図と分光反射率特性である。（実施例１）
【図２】本発明の光学素子の概略断面図と分光反射率特性である。（実施例２）
【図３】本発明の光学素子の概略断面図と分光反射率特性である。（実施例３）
【図４】比較例１の光学素子の概略断面図と分光反射率特性である。
【図５】比較例２の光学素子の概略断面図と分光反射率特性である。
【図６】本実施形態の光学素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。（実施例１、２、３）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態の光学素子は、ＣａＦ２を主成分とする結晶材料（蛍石）からなる透明な基板と、当該基板に形成された反射防止膜と、を有する。
【００１０】
本実施形態の反射防止膜は、基板に接する第１の膜を有し、第１の膜は湿式法によって形成されている。
【００１１】
蛍石は電子線の影響を受けてカラーセンターが発生するため、第１層目の膜を電子銃やスパッタによって成膜することは困難である。このため、特許文献１に記載されているように、電子銃を使用しない抵抗加熱蒸着を利用することが考えられるが、成膜材料が限定されているため、高性能な反射防止膜が得られない。特許文献１のように、基板から数えて第１層目に抵抗加熱法でＭｇＦ２を形成すると、ＭｇＦ２膜は充填密度の低い膜構造であるため、上層膜の電子またはイオンの影響を受け易くなり、カラーセンターの発生有無も、電子またはイオンの強度に左右される。また、第１層目の膜厚が３０ｎｍ以下である場合、所望の反射防止特性を得るためには７層の構成にする必要があり、特性の製造バラツキや製造難易度が高くなり、コストアップを招く。さらに、反射防止膜の最も空気側にある膜の材料にＭｇＦ２やＳｉＯ２を使用した場合、ＭｇＦ２はｄ線（以下、ｄ線として波長５８７．６ｎｍのものを使用する）の屈折率が約１．３８、ＳｉＯ２は約１．４６であり、低屈折率としてはまだ不十分である。このため、高性能な反射防止特性を得るには、層数を多くする必要がある。なお、「最も空気側にある」とは、最も基板から離れていることを意味する。
【００１２】
本実施形態では、第１の膜は湿式法によって形成されているので電子線の影響を受けず、カラーセンターが発生しない。第１の膜が湿式法で形成されているかどうかは、例えば、光学素子の表面を顕微鏡で観察することによって判別することができる。
【００１３】
第１の膜のｄ線に対する光学膜厚ｄ１はカラーセンターの防止から１００ｎｍ以上あることが好ましいが、厚過ぎると膜応力から膜クラックや密着性の低下の原因となることが考えられるため、以下の条件式を満足することが好ましい。
【００１４】
１００ｎｍ≦ｄ１≦３００ｎｍ            （１）
第１の膜のｄ線に対する屈折率ｎ１は、光学膜厚が１００ｎｍ以上の場合に少ない層数で理想干渉反射防止特性を得るために、以下の条件式を満足することが好ましい。
【００１５】
１．４５≦ｎ１≦１．６０                （２）
数式２が満足されない場合、理想干渉特性が得にくくなり、高性能な反射防止特性を得るのが難しくなる。第１の膜の材料としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ポリイミド、ポリスチレン、ポリカーボネート熱硬化樹脂の単体又は混合物、などがあるが、これに限定されるものではない。第１の膜はスピンコート法により形成してもよいが、他の湿式法（例えば、デッピング法，スプレー法，印刷法，フローコート法，およびこれらの組み合わせ）により形成されてもよい。
【００１６】
反射防止膜は２層以上であれば層数は限定されない。反射防止膜が２層以上を有する場合、最も空気側にある第２の膜のｄ線に対する屈折率ｎｘは、以下の条件式を満足することが好ましい。
【００１７】
１．１５≦ｎｘ≦１．２９              （３）
基板の屈折率が１．４３５と低いため、第２の膜の屈折率ｎｘが１．２９よりも大きくなると、広い波長帯域で良好な反射防止性能を得るためには層数が多くなる。そのため、リップルが出やすく、反射防止性能を得ることが困難になる。第２の膜の材料としては、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＰＭＭＡ、シリカ樹脂、などがあるが、これに限定されるものではない。第２の膜のｄ線に対する光学膜厚ｄｘはリップルの少ない反射防止特性を得るために、反射防止波長帯域内のλ／４相当が好ましく、以下の条件式を満足することが好ましい。
【００１８】
１００ｎｍ≦ｄｘ≦２００ｎｍ            （４）
本実施形態の光学素子は、カメラ（撮像装置）の撮影光学系や液晶プロジェクタ（投射型表示装置）の投射光学系に適用することができ、撮像装置や投射型表示装置などの光学機器も本実施形態の一部を構成する。
【００１９】
図６は、本実施形態の光学素子の製造方法を説明するためのフローチャートであり、「Ｓ」はステップを表している。当該製造方法は、ＣａＦ２を主成分とする結晶材料からなる透明な基板に反射防止膜を形成するステップを有する。ここで、反射防止膜は、基板に接する第１の膜と空気に接する第２の膜を有し、反射防止膜を形成するステップは、条件式（２）を満足する第１の膜を形成するステップＳ２２と、条件式（３）を満足する第２の膜を形成するステップＳ２４を有する。反射防止膜が３層以上であれば、Ｓ２２とＳ２４の間に第１の膜と第２の膜の間にある中間層である膜を形成するステップが更に設けられる。
【実施例１】
【００２０】
図１（ａ）は、実施例１の光学素子１０１の概略断面図である。光学素子１０１は、透明な基板１１と、基板に形成された反射防止膜２０１と、を有する。基板１１はｄ線に対する屈折率が１．４３５と低いＣａＦ２を主成分とする結晶材料（蛍石）で加工した平板を使用した。反射防止膜２０１は、膜１２、１３からなる２層構成であり、両膜は湿式法により形成されている。
【００２１】
膜１２は、透明なＳｉＯ２とＴｉＯ２の混合膜とした。即ち、ＳｉＯ２ゾル液にＴｉＯ２ゾル液を加え、攪拌し、塗工液とした。この塗工液を、スピンコーターにセットした基板上に滴下し、回転させて液を基板周辺まで広げ、塗布膜を形成し、乾燥後、１００度以上で１時間以上焼成する熱処理を行い、透明なＳｉＯ２とＴｉＯ２の混合膜を皮膜した。膜１２のｄ線に対する屈折率は１．５５、光学膜厚ｎｄは２６５ｎｍであった。なお、膜１２の材質はこれに限定されない。
【００２２】
次に、ナノインプリント法を用いた湿式法により、膜１２の上に膜１３を、凹凸構造を有する構造膜として形成した。膜１３に凹凸構造を設けることによって、膜１３の屈折率を調整することができる。構造膜はｄ線に対する屈折率１．４６の樹脂材料から構成され，材料充填率は５５％とした。ｄ線の見かけの屈折率は１．２５、光学膜厚ｎｄは１２４ｎｍであった。なお、構造層の形成は、ナノインプリント法に限定されず、ナノ構造のエッチング処理法、化学処理法、その他の方法を用いてもよい。
【００２３】
波長５００ｎｍ付近の吸収の有無を確認すると共に、白い紙の上に光学素子１０１を置いて目視で色づきを確認したところ、カラーセンターは見られなかった。また、反射防止膜２０１の反射率特性は、図１（ｂ）に示すように、４００ｎｍから７００ｎｍの波長において測定入射角０度で０．４％以下の低反射特性であった。４５度の高入射角でも広範囲に亘って優位性が見られた。図１（ｂ）の横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は反射率（％）である。入射角０度を実線で（０度反射率特性）、入射角４５度を破線で示している。
【００２４】
（比較例１）
図４（ａ）は、比較例１の光学素子５０１の概略断面図である。光学素子５０１は、透明な基板４１と、基板に形成された反射防止膜６０１と、を有する。基板４１は、基板１１と同様に、ｄ線に対する屈折率が１．４３５の蛍石で加工した平板を使用した。反射防止膜６０１は、膜４２、４３からなる２層構成である。
【００２５】
基板に接する膜４２は、乾式法である真空蒸着法による抵抗加熱を用いてＭｇＦ２によって形成した。膜４２のｄ線に対する屈折率は１．３８、光学膜厚ｎｄは３７９ｎｍであった。次に、ナノインプリント法を用いた湿式法により、膜４２の上に膜４３を、凹凸構造を有する構造膜として形成した。構造膜はｄ線に対する屈折率１．４６の樹脂材料から構成され，材料充填率は５５％とした。ｄ線の見かけの屈折率は１．２５、光学膜厚ｎｄは１２８ｎｍであった。
【００２６】
波長５００ｎｍ付近の吸収の有無を確認したところ５５０ｎｍ近辺で吸収が確認され、また、白い紙の上に光学素子５０１を置いて目視で色づきを確認したところ、薄い桃色の色づきがあり、カラーセンターが見られた。反射防止膜６０１の反射率特性は、図４（ｂ）に示すように、４００ｎｍから７００ｎｍの波長において測定入射角０度で０．３％以上０．７％以下の反射特性を示し、実施例１の図１（ｂ）に示す反射率特性に比べて劣っていた。図４（ｂ）の横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は反射率（％）である。入射角０度を実線で（０度反射率特性）、入射角４５度を破線で示している。
【実施例２】
【００２７】
図２（ａ）は、実施例２の光学素子１０２の概略断面図である。光学素子１０２は、基板２１と、基板２１に形成された反射防止膜３０１と、を有する。基板２１は、基板１１と同様に、ｄ線に対する屈折率が１．４３５と低いＣａＦ２を主成分とする蛍石で加工した平板を使用した。反射防止膜２０１は、膜２２〜２６からなる５層構成である。５層の構成にすることによって特許文献１よりも製造ばらつきや製造の難易度を低く抑えることができる。
【００２８】
膜２２〜２５は透明なＳｉＯ２とＴｉＯ２の混合膜であり、混合膜は、実施例１と同様にして形成された。膜２２のｄ線に対する屈折率は１．５６、光学膜厚ｎｄは１２１ｎｍであった。膜２３のｄ線に対する屈折率は１．９５、光学膜厚ｎｄは１９０ｎｍであった。膜２４のｄ線に対する屈折率は１．５６、光学膜厚ｎｄは２０ｎｍであった。膜２５のｄ線に対する屈折率は１．９５、光学膜厚ｎｄは４９ｎｍであった。
【００２９】
次に、ナノインプリント法を用いた湿式法により、膜２５の上に膜２６を、凹凸構造を有する構造層として形成した。構造層は屈折率１．４６の樹脂材料から構成され，材料充填率は６３％とした。ｄ線の見かけの屈折率は１．２８、光学膜厚ｎｄは１２７ｎｍであった。なお、構造層の形成がナノインプリント法に限定されない点は実施例１と同様である。
【００３０】
波長５００ｎｍ付近の吸収の有無を確認すると共に、白い紙の上に光学素子１０２を置いて目視で色づきを確認したところ、カラーセンターは見られなかった。また、反射防止膜３０１の反射率特性は、図２（ｂ）に示すように、４００ｎｍから７００ｎｍの波長において測定入射角０度で０．３％以下の低反射特性であった。４５度の高入射角でも広範囲に亘って優位性が見られた。図２（ｂ）の横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は反射率（％）である。入射角０度を実線で（０度反射率特性）、入射角４５度を破線で示している。
【実施例３】
【００３１】
図３（ａ）は、実施例３の光学素子１０３の概略断面図である。光学素子１０３は、基板３１と、基板３１に形成された反射防止膜４０１と、を有する。基板３１は、基板１１と同様に、ｄ線に対する屈折率が１．４３５と低いＣａＦ２を主成分とする蛍石で加工した平板を使用した。反射防止膜４０１は、膜３２〜３６からなる５層構成であり、膜３２と３６は湿式法によって形成され、膜３２〜３５は乾式法によって形成された。
【００３２】
膜３２は透明なＳｉＯ２とＴｉＯ２の混合膜であり、混合膜は、実施例１と同様にして形成された。膜３２のｄ線に対する屈折率は１．７１、光学膜厚ｎｄは１０８ｎｍであった。次に、膜３２の上に、真空蒸着法と電子ビームを用いてＴａ２Ｏ５からなる膜３３を形成した。膜３３は、ｄ線に対する屈折率は２．１１、光学膜厚ｎｄは２０５ｎｍであった。次に、膜３３の上に、真空蒸着法と電子ビームを用いてＡｌ２Ｏ３からなる膜３４を形成した。膜３４は、ｄ線に対する屈折率は１．６３、光学膜厚ｎｄは７０ｎｍであった。次に、膜３４の上に、真空蒸着法と電子ビームを用いてＴａ２Ｏ５からなる膜３５を形成した。膜３５は、ｄ線に対する屈折率は２．１１、光学膜厚ｎｄは１９ｎｍであった。
【００３３】
次に、ナノインプリント法を用いた湿式法により、膜３５の上に膜３６を、凹凸構造を有する構造層として形成した。構造層は屈折率１．４６の樹脂材料から構成され，材料充填率は３８％とした。ｄ線の見かけの屈折率は１．１７、光学膜厚ｎｄは１２４ｎｍであった。なお、構造層の形成がナノインプリント法に限定されない点は実施例１と同様である。
【００３４】
波長５００ｎｍ付近の吸収の有無を確認すると共に、白い紙の上に光学素子１０３を置いて目視で色づきを確認したところ、カラーセンターは見られなかった。また、反射防止膜４０１の反射率特性は、図３（ｂ）に示すように、４００ｎｍから７００ｎｍの波長において測定入射角０度で０．３％以下の低反射特性であった。４５度の高入射角でも広範囲に亘って優位性が見られた。図３（ｂ）の横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は反射率（％）である。入射角０度を実線で（０度反射率特性）、入射角４５度を破線で示している。
【００３５】
（比較例２）
図５（ａ）に示す比較例２について以下説明する。光学素子５０２は、基板５１と、基板５１に形成された反射防止膜７０１と、を有する。基板５１は、基板１１と同様に、ｄ線に対する屈折率が１．４３５の蛍石で加工した平板を使用した。反射防止膜７０１は、膜５２〜５５からなる４層構成であり、真空蒸着法を用いた乾式法で形成されている。
【００３６】
基板に接する膜５２と最も空気側にある膜５５は真空蒸着法による抵抗加熱を用いてＭｇＦ２によって形成されている。膜５２のｄ線に対する屈折率は１．３８、光学膜厚ｎｄは３０ｎｍである。次に、膜５２の上に電子ビームを用いてＡｌ２Ｏ３によって第２層としての膜５３を形成した。膜５３のｄ線に対する屈折率は１．６３、光学膜厚ｎｄは１８９ｎｍである。次に、膜５３の上に電子ビームを用いてＺｒＯ２によって第３層としての膜５４を形成した。膜５４のｄ線に対する屈折率は２．０３、光学膜厚ｎｄは３４ｎｍである。次に、膜５４の上に真空蒸着法による抵抗加熱を用いてＭｇＦ２によって膜５５を形成した。膜５５のｄ線に対する屈折率は１．３８、光学膜厚ｎｄは１４７ｎｍである。
【００３７】
波長５００ｎｍ付近の吸収の有無を確認したところ５５０ｎｍ近辺で吸収が確認され、また、白い紙の上に光学素子５０２を置いて目視で色づきを確認したところ、薄い桃色の色づきがあり、カラーセンターが見られた。反射防止膜６０１の反射率特性は、図５（ｂ）に示すように、４００ｎｍから７００ｎｍの波長において測定入射角０度で１．０％以下の反射特性を示し、実施例２、３の図２（ｂ）、図３（ｂ）に示す反射率特性に比べて劣っていた。図５（ｂ）の横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は反射率（％）である。入射角０度を実線で（０度反射率特性）、入射角４５度を破線で示している。
【００３８】
表１は、実施例１〜３と比較例１、２の構成と数式１〜４の値、カラーセンターの有無と４００ｎｍから７００ｎｍの波長域における入射角０度においての反射率特性をまとめたものである。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
以上、本実施形態について説明したが、本発明は本実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の光学素子は、カメラの撮影レンズや液晶プロジェクタの投射レンズに適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１１、２１、３１…基板、１２、２２、３２…膜（第１の膜）、１３、２６、３６…膜（第２の膜）、１０１、１０２、１０３…光学素子、２０１、３０１、４０１…反射防止膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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