(57)【要約】【課題】本発明の課題は、反射防止効果に優れ、且つ膜強度、耐環境信頼性に優れた反射防止膜を提供することである。【解決手段】複数の層からなる反射防止膜であって、該複数層のうち少なくとも一層が、複数の微細な管状空間を有する構造体からなる光学薄膜であって、前記光学薄膜が有する全ての管状空間が基板の接平面垂直方向において平行に配列されていることを特徴とする構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の層からなる反射防止膜であって、該複数の層のうち少なくとも一層が、複数の微細な管状空間を有する構造体薄膜からなる光学薄膜であって、前記光学薄膜が有する全ての管状空間が基板の接平面垂直方向において平行に配列されていることを特徴とする反射防止膜。
【請求項２】
前記管状空間は柱状空間である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】
前記管状空間を有する構造体薄膜は一軸配向特性を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の反射防止膜。
【請求項４】
前記管状空間の最大開口径は４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の反射防止膜。
【請求項５】
前記構造体薄膜を前記複数の層の中で最も低い屈折率としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の反射防止膜。
【請求項６】
前記構造体薄膜が最表面に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の反射防止膜。
【請求項７】
前記構造体薄膜は無機酸化物から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の反射防止膜。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の反射防止膜の光学素子を有することを特徴とする光学系。
【請求項９】
結像光学系であることを特徴とする請求項８に記載の光学系。
【請求項１０】
観察光学系であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の光学系。
【請求項１１】
請求項８乃至請求項１０の何れか一項に記載の光学系を搭載したことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射光量を減少させる反射防止膜を有する光学素子、および光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの光学装置には様々な透過基材が利用されている。例えばデジタルカメラのような撮像光学系では、透過基材の一種である光学レンズを利用して物体像をセンサーに結像させて撮像している。
【０００３】
しかし、透過基材として一般的に使用されている光学ガラスや光学プラスチックは、それ自体の屈折率が大きいために反射率が高くなる。よって、このような透過基材を複数枚使用する一般的な光学装置では、透過光量が少なくなってしまうという問題があった。また、透過基材面での反射により、撮像面にゴーストやフレアが生じるといった問題があった。これらの問題を解決するため、光学素子には反射防止膜が付与されている。
【０００４】
反射防止膜は、光学の干渉理論に基づいて作製されており、低屈折率材料のみを一層積層させた単層構成のものと、基板上に高屈折率材料と低屈折率材料とを積層させた多層構成のものがある。一般的に、低屈折率材料としてはフッ化マグネシウムが使用されている。屈折率１．３８のフッ化マグネシウムは、蒸着法で作製できる材料のうち、最も低屈折率の材料である。
【０００５】
しかし、例えば、単層の反射防止膜を、屈折率が１．５程度の基板に作製する場合、理想的な単層の反射防止膜の屈折率は１．２〜１．２５であるため、フッ化マグネシウムの単層では、反射率を１．０％以下に抑えることはできない。また、多層の反射防止膜を作製する場合、高反射防止性能を持たせるには、低屈折率材料の屈折率は出来るだけ小さい方がよい。屈折率１．３８のフッ化マグネシウムを低屈折率材料とし、高屈折率材料とを組み合わせて作成した反射防止膜は、層数が多く、生産性やコストパフォーマンスの点で問題がある。
【０００６】
以上から、反射防止膜の性能向上のため、更なる低屈折率材料が求められている。以上から、膜に空隙を設け、空気と材料の平均屈折率により低屈折率材料に相当する薄膜層を実現し、これを利用した反射防止膜が提案されている。
【０００７】
たとえば、特許文献１では、ゾルゲル法により作製したシリカ系多孔質膜を使用した反射防止膜が提案されている。また、特許文献２では、シリカエアロゲル膜を使用した反射防止膜が提案されている。また、特許文献３では、微細な円柱状空間を有したシリカを樹脂により結合させて作製した低屈折率膜を使用した反射防止膜が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３４５４８７号公報
【特許文献２】特開２００５−３５２３０３号公報
【特許文献３】特開２００６−３０８８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の特許文献１には、基板上に開気孔率が６０％以上のシリカ膜をゾルゲル法で形成した反射防止膜を記載している。シリカを主体とする多孔質膜であり、開口部が表面に存在するため、膜強度が弱い。さらに、開口部に水分やゴミや汚れが付着しやすく、また除去することが困難であり、特性に変化を与えるといった問題がある。
【００１０】
特許文献２には、シリカエアロゲル層を含む複数の層を、屈折率の高い順に基板表面に形成した反射防止膜を記載している。この反射防止膜の最上層は、シリカエアロゲル層でなる。シリカエアロゲル層は、表面に開口部が存在するため、水分や汚れが付着しやすい、膜強度が弱いといった問題がある。さらに、この反射防止膜は、基板表面から屈折率の高い層が順に並ぶ構成に限られており、広波長領域な反射防止膜といった、より高性能な反射防止膜を作製することができない。
【００１１】
特許文献３には、微細な円管状空間を均一に含有するシリカと、活性エネルギー線で硬化された樹脂とを含有した反射防止膜を記載している。この反射防止膜はシリカの微細な円柱状空間とシリカと樹脂界面との間の空間も含んでいる。硬化樹脂を含有する事により、所望の屈折率を得るためにシリカの微細な円管状空間量が多く必要となる。また、硬化樹脂を含有する事により低屈折率化に制限が出てくるばかりでなく、高温高湿性や耐候性、耐環境信頼性にも問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、反射防止効果に優れ、且つ膜強度、耐環境信頼性に優れた反射防止膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の層からなる反射防止膜であって、該複数の層のうち少なくとも一層が、複数の微細な管状空間を有する構造体からなる光学薄膜であって、前記光学薄膜が有する全ての管状空間が、基板の接平面垂直方向において、平行に配列されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、反射防止効果に優れ、且つ膜強度、耐環境信頼性に優れた反射防止膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の反射防止膜を付与した光学素子の一実施例を示す。（ａ）微細な管状空間に対し平行方向の概略断面図の一部を示す。（ｂ）微細な管状空間に対し垂直な方向の概略断面図の一部を示す。
【図２】実施例１の光学素子の反射防止特性を示す。
【図３】実施例２の光学素子の反射防止特性を示す。
【図４】実施例３の光学素子の反射防止特性を示す。
【図５】実施例４の光学素子の反射防止特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付の部面に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の反射防止膜を付与した光学素子の一実施例を示す。図１（ａ）は、微細な管状空間に対し平行方向の概略断面図の一部であり、図１（ｂ）は、微細な管状空間に対し垂直な方向の概略断面図の一部である。わかりやすくするため、微細な管状空間を拡大デフォルメして描いている。
【００１７】
図１において、本発明の反射防止膜を付与した光学素子は、透過基材１１と、透過基材１１上に複数の層から形成された反射防止膜１２からなる。反射防止膜１２は、ｎ層の薄膜層から形成されており、透過基材１１に接する第一層目に緻密な材料から成る薄膜１２１、第ｎ層目に構造体薄膜１２ｎが形成されている。本実施例では、緻密な材料から成る薄膜１２１を第一層目に、構造体薄膜１２ｎを最上層として記載したが、本発明はこれに限らない。
【００１８】
構造体薄膜１２ｎは、単一の膜材料１２ｎ−２からなり、微細な管状空間１２ｎ−１を有している。微細な管状空間の径は、４００ｎｍ以下であればよく、さらに好ましくは、２〜５０ｎｍであればよい。図１に示すように、微細な管状空間１２ｎ−１同士は平行に配列し、且つ、透過基材１１の接平面に対し平行に配列している。つまり、微細な管状空間１２ｎ−１は、膜材料１２ｎ−２により閉鎖されており、構造体薄膜１２ｎは開口を持たない。
【００１９】
よって、構造体薄膜１２ｎの下面および上面に他の材料から成る薄膜を形成しても、微細な管状空間１２ｎ−１へは、他材料が入り込むことはない。よって、構造体薄膜１２ｎは反射防止膜１２の最上面だけでなく、全ての層材料として、使用可能である。
【００２０】
反射防止膜１２は構造体薄膜１２ｎを最上層に有し、表面に開口を持たない。よって、膜強度に優れた反射防止膜を得ることができる。
【００２１】
微細な管状空間の径は、４００ｎｍ以下であり、光の波長よりも小さい。光は回折限界以下の構造を平均としか認識しないという性質がある。よって、構造体薄膜１２ｎは、膜材料１２ｎ−２と管状空間内の空気の平均屈折率、つまり、膜材料１２ｎ−２の屈折率よりも低屈折率を示す。そして、膜材料１２ｎ−２が構造体薄膜１２ｎ内で占める体積（体積占有率）を変化させることで、構造体薄膜１２ｎの屈折率を調整することが可能である。
【００２２】
たとえば、反射防止膜の最上層は、より低屈折率をもつ材料が望まれている。一般的には、蒸着で成膜できる最も低屈折率な材料であるフッ化マグネシウム膜（屈折率１．３８）が使用される。本実施例によれば、構造体薄膜を構成する材料を屈折率１．４６のシリカとした場合、構造体薄膜中のシリカの体積占有率を８３％以下にすれば、一般的に使用される屈折率１．３８のフッ化マグネシウム膜よりも低屈折率な薄膜が作製できる。これにより、高性能な反射防止膜の作製が可能となる。
【００２３】
構造体薄膜１２ｎを構成する膜材料１２ｎ−２は、無機酸化物からなることが好ましい。無機酸化物としてはＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２，ＨｆＯ２，ＷＯ３，ＣｅＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５などがあげられる。本発明では、無機酸化物の結合に有機系樹脂などのバインダを使用しないため、耐環境性にも優れている。
【００２４】
本発明における薄膜層の作製方法は特に限定されない。例えば、スパッタリング法、蒸着法といったドライ法（真空成膜法）や、ゾル−ゲルコート液を使ったディッピング法、スピンコート法といったウエット法（湿式成膜法）により作製する。また、微細な管状空間を有した構造体薄膜の作製方法も特に限定されない。例えば、繰り返しユニットの分子構造中に二つ以上の連続したメチレン基を含んでいる高分子化合物表面上に、配向したロッド状の細孔を有するメソ構造体薄膜を形成する方法で作製する
本発明の反射防止膜を付与する透過基材としては、ガラス、樹脂、ガラスミラー、樹脂製ミラーなどが挙げられる。最終的に使用目的に応じた形状にできるものであれば、平板、フィルムないしはシートなどでもよい。
【００２５】
以下の実施例により、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２６】
以下に、本発明の実施例１として、微細な管状空間を有する構造体薄膜を最上層に有した二層構成の反射防止膜を付与した光学素子について説明する。
【００２７】
屈折率１．８４の透過基材上に二層構成の反射防止膜を作製し、得られた光学素子の構成を表１に示す。一層目はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成る緻密な膜である。二層目は、シリカ（ＳｉＯ２）から成り、内部に微細な管状空間を有した構造体薄膜である。二層目が有する微細な管状空間同士は平行に配列し、かつ、透過基材における接平面に対し平行に配列している。
【００２８】
図２は、４００〜７００ｎｍの波長範囲における反射率の波長特性を示す。この波長範囲で、反射率は０．５％以下を示し、非常に反射防止性能が高いことがいえる。
【００２９】
また、反射防止膜の強度を確認するため、レンズクリーニングペーパー（シルボン紙）を用いて、３００ｇ荷重で５０往復した。目視で確認したこところ、傷は確認できなかった。
【実施例２】
【００３０】
以下に、本発明の実施例２として、微細な管状空間を有する構造体薄膜二層と緻密な薄膜一層から成る三層構成の反射防止膜を有した光学素子について説明する。
【００３１】
屈折率１．５２の透過基材上に三層構成の反射防止膜を作製し、得られた光学素子の構成を表２に示す。一層目はシリカ（ＳｉＯ２）から成る緻密な膜である。二層目と三層目は、シリカ（ＳｉＯ２）から成り、内部に微細な管状空間を有した構造体薄膜である。
【００３２】
二層目と三層目はシリカの体積占有率が異なり、異なる屈折率を示している。また、二層目と三層目が有する管状空間同士は平行に配列し、かつ、透過基材における接平面に対し平行に配列している。
【００３３】
図３は、４００〜７００ｎｍの波長範囲における反射率の波長特性を示す。この波長範囲で、反射率は０．５％以下を示し、非常に反射防止性能が高いことがいえる。
【００３４】
また、反射防止膜の強度を確認するため、レンズクリーニングペーパー（シルボン紙）を用いて、３００ｇ荷重で５０往復した。目視で確認したこところ、傷は確認できなかった。
【実施例３】
【００３５】
以下に、本発明の実施例３として、微細な管状空間を有する構造体薄膜三層から成る三層構成の反射防止膜を有した光学素子について説明する。
【００３６】
屈折率１．８４の透過基材上に三層構成の反射防止膜を作製し、得られた光学素子の構成を表３に示す。一層目、二層目はチタニア（ＴｉＯ２）から成り、三層目はシリカ（ＳｉＯ２）から成る。それぞれの層は、内部に微細な管状空間を有し、その管状空間同士が平行に配列し、かつ、透過基材における接平面に対し平行に配列された構造体薄膜である。
【００３７】
一層目と二層目は、チタニアの体積占有率が異なり、異なる屈折率を示している。図４は、４００〜７００ｎｍの波長範囲における反射率の波長特性を示す。４５０〜６５０ｎｍの波長範囲で、反射率は０．５％以下を示し、非常に反射防止性能が高いことがいえる。
【００３８】
また、反射防止膜の強度を確認するため、レンズクリーニングペーパー（シルボン紙）を用いて、３００ｇ荷重で５０往復した。目視で確認したこところ、傷は確認できなかった。
【実施例４】
【００３９】
以下に、本発明の実施例４として、微細な管状空間を有する構造体薄膜二層と、緻密な薄膜一層から成る三層構成の反射防止膜を有した光学素子について説明する。
【００４０】
屈折率１．７５の透過基材上に三層構成の反射防止膜を作製し、得られた光学素子の構成を表４に示す。一層目はチタニア（ＴｉＯ２）から成り、微細な管状空間を有した構造体薄膜である。二層目は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成る緻密な薄膜、三層目はシリカ（ＳｉＯ２）から成り、微細な管状空間を有した構造体薄膜である。
【００４１】
一層目と三層目が有する微細な管状空間は、その管状空間同士が平行に配列し、かつ、透過基材における接平面に対し平行に配列している。図５は、４００〜７００ｎｍの波長範囲における反射率の波長特性を示す。４５０〜６５０ｎｍの波長範囲で、反射率は０．５％以下を示し、非常に反射防止性能が高いことがいえる。
【００４２】
また、反射防止膜の強度を確認するため、レンズクリーニングペーパー（シルボン紙）を用いて、３００ｇ荷重で５０往復した。目視で確認したこところ、傷は確認できなかった。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
【表２】
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【００４５】
【表３】
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【００４６】
【表４】
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【符号の説明】
【００４７】
１１   透過基材
１２   反射防止膜
１２１ 反射防止膜の第一層目
１２ｎ 微細な管状空間を有する構造体薄膜
１２ｎ−１    微細な管状空間
１２ｎ−２    単一の膜材料
【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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