(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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ni（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。
【請求項３】
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ni（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。
【請求項４】
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ni（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。
【請求項５】
前記反射防止膜は、さらに、
0.2＜d2/d1＜2
ただし、d1：第1層の光学的膜厚、d2：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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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ni（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ni（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ni（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】
0003550894.tif 000002
【００２３】
実施例 ４〜６：更に第２層の屈折率ｎ２および第３層の屈折率ｎ２がいずれも１．８５＜ｎ２，ｎ３＜２．４０（ｎ２＞ｎ３）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】
0003550894.tif 000003
【００２５】
実施例 ７：  第２層の屈折率ｎ２および第３層の屈折率ｎ２がいずれも１．８５＜ｎ２，ｎ３＜２．４０（ｎ２＞ｎ３）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】
0003550894.tif 000004
【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】
0003550894.tif 000005
【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。
【図１】
0003550894.tif 000006
【図２】
0003550894.tif 000007
【図３】
0003550894.tif 000008
【図４】
0003550894.tif 000009
【図５】
0003550894.tif 000010
【図６】
0003550894.tif 000011
【図７】
0003550894.tif 000012
【図８】
0003550894.tif 000013
【図９】
0003550894.tif 000014