(57)【要約】【課題】反射防止膜の反射防止特性を広帯域化し、最適化による反射防止特性のリップル低減を可能にする。【解決手段】反射防止帯域の設計中心波長λに対する屈折率ｎ１が１．４≦ｎ１≦１．５の低屈折率膜と、屈折率ｎ２が１．９≦ｎ２≦２．４の関係を満たす高屈折率膜とを、基板側の低屈折率膜から順に交互に合計９層積層する。そして、第１層から第９層までの各光学的膜厚を順に、０．３５５λ≦ｎｄ１≦０．３８５λ、０．０１４λ≦ｎｄ２≦０．０１６λ、０．０６９λ≦ｎｄ３≦０．０８１λ、０．２１８λ≦ｎｄ４≦０．２３２λ、０．１８１λ≦ｎｄ５≦０．１８８λ、０．０２０λ≦ｎｄ６≦０．０２６λ、０．０７７λ≦ｎｄ７≦０．０８０λ、０．１１７λ≦ｎｄ８≦０．１２４λ、０．１５８λ≦ｎｄ９≦０．１６７λとする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に積層され、この基板表面へ入射する光の反射を防止する反射防止膜であって、
反射防止帯域の設計中心波長λに対する屈折率ｎ１が１．４≦ｎ１≦１．５の関係を満たす低屈折率膜と、この中心波長λに対する屈折率ｎ２が１．９≦ｎ２≦２．４の関係を満たす高屈折率膜とを、前記基板側から入射光側へ、交互に合計９層積層してなり、
前記基板側から前記入射光側へ数えた第１層、第３相、第５層、第７層及び第９層は前記低屈折率膜であり、第２層、第４層、第６層及び第８層は前記高屈折率膜であり、
前記第１層から前記第９層までの各光学的膜厚を順にｎｄ１、ｎｄ２、ｎｄ３、ｎｄ４、ｎｄ５、ｎｄ６、ｎｄ７、ｎｄ８、ｎｄ９とした場合に、
０．３５５λ≦ｎｄ１≦０．３８５λ、
０．０１４λ≦ｎｄ２≦０．０１６λ、
０．０６９λ≦ｎｄ３≦０．０８１λ、
０．２１８λ≦ｎｄ４≦０．２３２λ、
０．１８１λ≦ｎｄ５≦０．１８８λ、
０．０２０λ≦ｎｄ６≦０．０２６λ、
０．０７７λ≦ｎｄ７≦０．０８０λ、
０．１１７λ≦ｎｄ８≦０．１２４λ、
０．１５８λ≦ｎｄ９≦０．１６７λ、
の関係を満たすことを特徴とする反射防止膜。
【請求項２】
基板上に積層され、この基板表面へ入射する光の反射を防止する反射防止膜であって、
ＳｉＯ２膜とＴａ２Ｏ５膜とを、前記基板側から入射光側へ、交互に合計９層積層してなり、
前記基板側から前記入射光側へ数えた第１層、第３相、第５層、第７層及び第９層はＳｉＯ２膜であり、第２層、第４層、第６層及び第８層はＴａ２Ｏ５膜であり、
反射防止帯域の設計中心波長をλとし、前記第１層から前記第９層までの各光学的膜厚を順にｎｄ１、ｎｄ２、ｎｄ３、ｎｄ４、ｎｄ５、ｎｄ６、ｎｄ７、ｎｄ８、ｎｄ９とした場合に、
０．３５５λ≦ｎｄ１≦０．３８５λ、
０．０１４λ≦ｎｄ２≦０．０１７λ、
０．０６７λ≦ｎｄ３≦０．０８１λ、
０．２１５λ≦ｎｄ４≦０．２３２λ、
０．１８１λ≦ｎｄ５≦０．１９６λ、
０．０１９λ≦ｎｄ６≦０．０２６λ、
０．０７７λ≦ｎｄ７≦０．０８３λ、
０．１１７λ≦ｎｄ８≦０．１２７λ、
０．１５４λ≦ｎｄ９≦０．１６７λ、
の関係を満たすことを特徴とする反射防止膜。
【請求項３】
基板上に積層され、この基板表面へ入射する光の反射を防止する反射防止膜であって、
ＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜とを、前記基板側から入射光側へ、交互に合計９層積層してなり、
前記基板側から前記入射光側へ数えた第１層、第３相、第５層、第７層及び第９層はＳｉＯ２膜であり、第２層、第４層、第６層及び第８層はＴｉＯ２膜であり、
反射防止帯域の設計中心波長をλとし、前記第１層から前記第９層までの各光学的膜厚を順にｎｄ１、ｎｄ２、ｎｄ３、ｎｄ４、ｎｄ５、ｎｄ６、ｎｄ７、ｎｄ８、ｎｄ９とした場合に、
０．３５５λ≦ｎｄ１≦０．４０１λ、
０．０１４λ≦ｎｄ２≦０．０１６λ、
０．０６９λ≦ｎｄ３≦０．０８１λ、
０．２１８λ≦ｎｄ４≦０．２３６λ、
０．１７４λ≦ｎｄ５≦０．１８８λ、
０．０２０λ≦ｎｄ６≦０．０２６λ、
０．０７４λ≦ｎｄ７≦０．０８０λ、
０．１１４λ≦ｎｄ８≦０．１２４λ、
０．１５８λ≦ｎｄ９≦０．１７１λ、
の関係を満たすことを特徴とする反射防止膜。
【請求項４】
前記設計中心波長λは、１μｍ≦λ≦１．７μｍの関係を満たすことを特徴とする請求項１から３の何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】
この発明は、入射光の反射を防止する反射防止膜に関し、特に、近赤外領域において、広波長帯域の光の反射を防止する反射防止膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光が屈折率の異なる２つの媒質を伝播する場合、この境界面に入射した光の一部（例えば、空気とガラスとの境界の場合、入射光の約４％）は反射する。そして、光学部品において、反射ロスや戻り光の影響がある場合、最適な特性が得られないことがある。
そのため、現在広く使用されている光学部品では、光の入射又は出射が行われる媒質境界面に反射防止膜（ＡＲコート）が成膜されることが一般的である。ここで「反射防止膜」とは、物質の表面での光の反射を防止する光学的に透明な膜をいい、従来、屈折率の異なる複数の膜を２層から４層程度積層したものが一般的であった。
【０００３】
しかし、従来の反射防止膜では、使用される波長帯域の中心波長に対して±５０ｎｍ程度の帯域幅でしか十分な反射防止特性を得ることができないという問題点がある。
特に、近年、１．３μｍ帯や１．５μｍ帯を利用した光通信網の普及が進んでおり、これらの用途では１００ｎｍ程度の波長帯域幅が使用されることが一般的である。そのため、従来の反射防止膜では、反射防止帯域に余裕がなく、製造誤差や使用環境等によっては、最適な特性を得ることができない場合もある。また、複数の波長帯域で共用して利用する光学部品の場合、それに使用される反射防止膜には、利用されるすべての波長帯域での反射防止特性が要求される。しかし、中心波長に対して±５０ｎｍ程度の帯域幅でしか十分な反射防止特性を得ることができない従来の反射防止膜では、到底、このような用途に用いることはできない。
【０００４】
これに対し、特許文献１では、複数種の屈折率の異なる材料からなる薄膜を積層形成した多層構造の反射防止膜であって、所要波長帯域において反射率の低い２つの谷と、その間に反射率ピークを有する広帯域な低反射率特性を有する多層反射防止膜が提唱され、これにより広帯域の反射防止特性が実現されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１８６１０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の反射防止膜では、広帯域かつ平坦な（リップルが小さい）反射防止特性を得ることが不可能であるという問題点がある。
すなわち、特許文献１の反射防止膜は、反射率の低い２つの谷と、その間に反射率ピークを有する反射率特性を有し、この反射率ピーク点を目標反射率以下に抑えることにより、その両側に位置する反射率の低い２つの谷を含む波長帯域での反射率を目標反射率以下に抑えている。従って、この反射防止膜の反射防止特性には、必ず、反射率ピーク点と反射率の低い２つの谷との間に反射特性差が生じることになる。
この発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであり、広い帯域での反射防止特性を得ることができ、この広い帯域において反射防止特性のリップルを低減し得る反射防止膜を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明では上記課題を解決するために、反射防止帯域の設計中心波長λに対する屈折率ｎ１が１．４≦ｎ１≦１．５の関係を満たす低屈折率膜と、この中心波長λに対する屈折率ｎ２が１．９≦ｎ２≦２．４の関係を満たす高屈折率膜とを、基板側から入射光側へ、交互に合計９層積層してなる反射防止膜が提供される。ここで、この反射防止膜の基板側から入射光側へ数えた第１層、第３相、第５層、第７層及び第９層は低屈折率膜であり、第２層、第４層、第６層及び第８層は高屈折率膜である。また、第１層から第９層までの各光学的膜厚ｎｄ１、ｎｄ２、ｎｄ３、ｎｄ４、ｎｄ５、ｎｄ６、ｎｄ７、ｎｄ８、ｎｄ９は、０．３５５λ≦ｎｄ１≦０．３８５λ、０．０１４λ≦ｎｄ２≦０．０１６λ、０．０６９λ≦ｎｄ３≦０．０８１λ、０．２１８λ≦ｎｄ４≦０．２３２λ、０．１８１λ≦ｎｄ５≦０．１８８λ、０．０２０λ≦ｎｄ６≦０．０２６λ、０．０７７λ≦ｎｄ７≦０．０８０λ、０．１１７λ≦ｎｄ８≦０．１２４λ、０．１５８λ≦ｎｄ９≦０．１６７λの関係を満たす。
【０００８】
これにより、設計中心周波数λ＝１．５μｍ、波長帯域幅３００ｎｍにおいて、反射率０．７％以下の反射防止特性を得ることができ、また、最適化を行うことにより、同条件下、反射率０．１％以下、リップル±０．０１％以下の反射防止特性を得ることができる。
また、好ましくは、この発明の反射防止膜は、ＳｉＯ２膜とＴａ２Ｏ５膜とを、基板側から入射光側へ、交互に合計９層積層してなり、基板側から入射光側へ数えた第１層、第３相、第５層、第７層及び第９層はＳｉＯ２膜であり、第２層、第４層、第６層及び第８層はＴａ２Ｏ５膜であり、反射防止帯域の設計中心波長をλとし、第１層から第９層までの各光学的膜厚を順にｎｄ１、ｎｄ２、ｎｄ３、ｎｄ４、ｎｄ５、ｎｄ６、ｎｄ７、ｎｄ８、ｎｄ９とした場合に、０．３５５λ≦ｎｄ１≦０．３８５λ、０．０１４λ≦ｎｄ２≦０．０１７λ、０．０６７λ≦ｎｄ３≦０．０８１λ、０．２１５λ≦ｎｄ４≦０．２３２λ、０．１８１λ≦ｎｄ５≦０．１９６λ、０．０１９λ≦ｎｄ６≦０．０２６λ、０．０７７λ≦ｎｄ７≦０．０８３λ、０．１１７λ≦ｎｄ８≦０．１２７λ、０．１５４λ≦ｎｄ９≦０．１６７λの関係を満たす。
【０００９】
さらに、好ましくは、この発明の反射防止膜は、ＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜とを、基板側から入射光側へ、交互に合計９層積層してなり、基板側から入射光側へ数えた第１層、第３相、第５層、第７層及び第９層はＳｉＯ２膜であり、第２層、第４層、第６層及び第８層はＴｉＯ２膜であり、反射防止帯域の設計中心波長をλとし、第１層から第９層までの各光学的膜厚を順にｎｄ１、ｎｄ２、ｎｄ３、ｎｄ４、ｎｄ５、ｎｄ６、ｎｄ７、ｎｄ８、ｎｄ９とした場合に、０．３５５λ≦ｎｄ１≦０．４０１λ、０．０１４λ≦ｎｄ２≦０．０１６λ、０．０６９λ≦ｎｄ３≦０．０８１λ、０．２１８λ≦ｎｄ４≦０．２３６λ、０．１７４λ≦ｎｄ５≦０．１８８λ、０．０２０λ≦ｎｄ６≦０．０２６λ、０．０７４λ≦ｎｄ７≦０．０８０λ、０．１１４λ≦ｎｄ８≦０．１２４λ、０．１５８λ≦ｎｄ９≦０．１７１λの関係を満たす。
また、この発明において、好ましくは、設計中心波長λは、１μｍ≦λ≦１．７μｍの関係を満たす。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、この発明は以下の実施の形態及び実施例に限定されるものではない。
図１は、この形態における反射防止膜１０の構成を例示した断面図である。
図１に例示するように、この例の反射防止膜１０は、光学部品の基板２０の表面に成膜された低屈折率膜１１ａ（第１層）、低屈折率膜１１ａの光学部品２０と反対の面に成膜された高屈折率膜１２ａ（第２層）、高屈折率膜１２ａの低屈折率膜１１ａと反対の面に成膜された低屈折率膜１１ｂ（第３層）、低屈折率膜１１ｂの高屈折率膜１２ａと反対の面に成膜された高屈折率膜１２ｂ（第４層）、高屈折率膜１２ｂの低屈折率膜１１ｂと反対の面に成膜された低屈折率膜１１ｃ（第５層）、低屈折率膜１１ｃの高屈折率膜１２ｂと反対の面に成膜された高屈折率膜１２ｃ（第６層）、高屈折率膜１２ｃの低屈折率膜１１ｃと反対の面に成膜された低屈折率膜１１ｄ（第７層）、低屈折率膜１１ｄの高屈折率膜１２ｃと反対の面に成膜された高屈折率膜１２ｄ（第８層）、及び高屈折率膜１２ｄの低屈折率膜１１ｄと反対の面に成膜された低屈折率膜１１ｅ（第９層）によって構成され、基板２０表面へ入射する入射光３０の反射を防止する。ここで、この例の場合、反射防止帯域の設計中心波長λに対する低屈折率膜１１ａ〜１１ｅの屈折率ｎ１は、１．４≦ｎ１≦１．５の関係を満たし、高屈折率膜１２ｂ〜１２ｄの中心波長λに対する屈折率ｎ２は、１．９≦ｎ２≦２．４の関係を満たす。
【００１１】
なお、各層の成膜方法については特に制限はないが、例えば、イオンビームスパッタ（ＩＢＭ）法を用いれば、各層の材料を高密度で成膜できるため、散乱による光透過損失の少ない光学薄膜を得られる点で好適である。
表１に、各層の材料と第１層から第９層までの各光学的膜厚（ｎｄｋ）の関係を例示する。なお、この表の例では、第１層から第９層までの各光学的膜厚（ｎｄｋ）を順にｎｄ１、ｎｄ２、ｎｄ３、ｎｄ４、ｎｄ５、ｎｄ６、ｎｄ７、ｎｄ８、ｎｄ９としており、中心波長λを１μｍ≦λ≦１．７μｍとしている。
【表１】
2004294841.tif 000003
これにより、波長帯域幅３００ｎｍにおいて、反射率０．７％以下の反射防止特性を得ることができ、また、最適化を行うことにより、同条件下、反射率０．１％以下、リップル±０．０１％以下の反射防止特性を得ることができる。
以下に、この形態の実施例を示す。
【００１２】
実施例１
この実施例では、中心周波数λ＝１５００ｎｍとし、低屈折率膜材料としてＳｉＯ２を用い、高屈折率膜材料としてＴａ２Ｏ５を用いる。なお、λ＝１５００ｎｍにおけるＳｉＯ２の屈折率は１．４６７となり、Ｔａ２Ｏ５の屈折率は２．０６３となる。表２に、この実施例における膜構成を示し、表３に、この実施例において各光学的膜厚（ｎｄｋ）を最適化した膜構成を例示する。
【表２】
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【表３】
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【００１３】
図２は、表２及び表３に例示した膜構成の反射防止膜１０の反射防止特性を示した図である。
この図において横軸は波長（ｎｍ）を表しており、この例では１１００ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲が示されている。また、縦軸は入射光３０の反射防止膜１０での反射率（％）を表しており、この例では、０．０％〜１．０％の範囲が示されている（後述する図３においても同様）。
また、代表特性１００は、表３に例示した膜構成での反射防止特性を示し、上限範囲１０２は、表２に例示した範囲内で、各光学的膜厚（ｎｄｋ）を変動させた場合における、各波長の反射防止特性最悪値を、下限範囲１０１は、その最良値を、それぞれ示したものである。
図２に例示するように、この構成では、波長帯域幅３００ｎｍにおいて、反射率０．６％以下の反射防止特性を得ることができ、また、最適化を行うことにより、同条件下、反射率０．１％以下、リップル±０．０１％以下の反射防止特性を得ることができる。
【００１４】
実施例２
この実施例では、中心周波数λ＝１５００ｎｍとし、低屈折率膜材料としてＳｉＯ２を用い、高屈折率膜材料としてＴｉＯ２を用いる。なお、λ＝１５００ｎｍにおけるＴｉＯ２の屈折率は２．１７３となる。表４に、この実施例における膜構成を示し、表５に、この実施例において各光学的膜厚（ｎｄｋ）を最適化した膜構成を例示する。
【表４】
2004294841.tif 000006
【表５】
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【００１５】
図３は、表４及び表５に例示した膜構成の反射防止膜１０の反射防止特性を示した図である。なお、この図における代表特性１１０、上限範囲１１２及び下限範囲１１１の意味は、図２の場合と同様である。
図３に例示するように、この構成では、波長帯域幅３００ｎｍにおいて、反射率０．７％以下の反射防止特性を得ることができ、また、最適化を行うことにより、同条件下、反射率０．１％以下、リップル±０．０１％以下の反射防止特性を得ることができる。
【００１６】
なお、この形態の反射防止膜１０の用途に特に限定はないが、例えば、波長１．３μ帯や１．５μｍ帯が用いられる通信機器や、１．６μｍ帯が用いられる赤外線監視機器等に使用することができる。具体的には、例えば、光カップラ、光ファイバ、光トランシーバ等と入射・出射面等に使用することができる。
また、この形態では低屈折率膜と高屈折率膜を９層積層することとしたが、１０層以上の低屈折率膜・高屈折率膜を積層することとしてもよい。ただし、積層数を増加させた場合、これらの膜による光が吸収量が増加し、ロスが大きくなるため、その点を考慮する必要がある。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明では、反射防止帯域の設計中心波長λに対する屈折率ｎ１が１．４≦ｎ１≦１．５の関係を満たす低屈折率膜と、この中心波長λに対する屈折率ｎ２が１．９≦ｎ２≦２．４の関係を満たす高屈折率膜とを、基板側から入射光側へ、交互に合計９層積層して反射防止膜を成膜することとした。ここで、この反射防止膜の基板側から入射光側へ数えた第１層、第３相、第５層、第７層及び第９層は低屈折率膜であり、第２層、第４層、第６層及び第８層は高屈折率膜である。また、第１層から第９層までの各光学的膜厚ｎｄ１、ｎｄ２、ｎｄ３、ｎｄ４、ｎｄ５、ｎｄ６、ｎｄ７、ｎｄ８、ｎｄ９は、０．３５５λ≦ｎｄ１≦０．３８５λ、０．０１４λ≦ｎｄ２≦０．０１６λ、０．０６９λ≦ｎｄ３≦０．０８１λ、０．２１８λ≦ｎｄ４≦０．２３２λ、０．１８１λ≦ｎｄ５≦０．１８８λ、０．０２０λ≦ｎｄ６≦０．０２６λ、０．０７７λ≦ｎｄ７≦０．０８０λ、０．１１７λ≦ｎｄ８≦０．１２４λ、０．１５８λ≦ｎｄ９≦０．１６７λの関係を満たす。
これにより、反射防止膜の反射防止特性を広帯域化することができる。また、最適化を行うことにより、反射防止特性のリップルを低減させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】反射防止膜の構成を例示した断面図。
【図２】表２及び表３に例示した膜構成の反射防止膜の反射防止特性を示した図。
【図３】表４及び表５に例示した膜構成の反射防止膜の反射防止特性を示した図。
【符号の説明】
１０  反射防止膜
１１ａ〜１１ｅ  低屈折率膜
１２ａ〜１２ｄ  高屈折率膜
【図１】
2004294841.tif 000008
【図２】
2004294841.tif 000009
【図３】
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