(57)【要約】【課題】バインダーを用いることなく所望の屈折率を得ることができ、耐環境性等に優れた光学膜を提供する。【解決手段】光学膜は、該光学膜の膜厚方向とは異なる方向に延びる複数の管状空間１３が内部に形成された構造体により構成されている。該複数の管状空間のうち膜厚方向に並んだ管状空間が互いに平行に延びている。管状空間は、基板と光学膜の界面に対して平行であってもよいし、非平行であってもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成される光学膜であって、
該光学膜の膜厚方向とは異なる方向に延びる複数の管状空間が内部に形成された構造体により構成されており、
前記複数の管状空間のうち前記膜厚方向に並んだ管状空間が互いに平行に延びていることを特徴とする光学膜。
【請求項２】
前記膜厚方向に並んだ前記管状空間が延びる方向が、前記基板と前記光学膜との界面に対して平行であることを特徴とする請求項１に記載の光学膜。
【請求項３】
前記膜厚方向に並んだ前記管状空間が延びる方向が、前記基板と前記光学膜との界面に対して非平行であることを特徴とする請求項１に記載の光学膜。
【請求項４】
前記管状空間が前記構造体の表面にて開口しないように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学膜。
【請求項５】
前記基板と前記光学膜との界面が曲面であり、
前記膜厚方向が、前記界面の接平面に対して直交する方向であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学膜。
【請求項６】
該光学膜は、一軸配向特性を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学膜。
【請求項７】
前記管状空間の最大開口径が、４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光学膜。
【請求項８】
前記管状空間の平均長さが、１μｍ以上であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光学膜。
【請求項９】
前記構造体が、無機酸化物により形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光学膜。
【請求項１０】
光学作用を有する光学部材と、
基板としての前記光学部材上に形成された請求項１から９のいずれか１項に記載の光学膜とを有することを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光学素子と、
該光学素子を保持する本体とを有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に多数の微細な管状空間を有する光学膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラ、スチルカメラ等の光学機器の撮影光学系（結像光学系）に用いられるレンズその他の光学部材の光学面には、透過光量を上げたり不要光によるゴーストやフレアを回避したりするための反射防止膜が形成されている場合が多い。また、カラー撮像系に用いられる色分解プリズムには、波長に応じて色を分解するためのダイクロイック膜が形成されている。このような反射防止膜やダイクロイック膜の高性能化のために、入射光の波長（使用波長）よりも細かい微細構造によって低屈折率の光学膜を実現し、これを反射防止膜等に利用することが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、微細な円管状空間を有するシリカと、活性エネルギー線で硬化されたバインダーとしての樹脂とを含有する反射防止膜が開示されている。また、特許文献２には、基板上に開気孔率が６０％以上の多孔質シリカ膜をゾルゲル法で形成することで得られる反射防止膜が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０８８３２号公報
【特許文献２】特開平６−３４５４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１にて開示された反射防止膜では、硬化樹脂を含むことにより、所望の屈折率を得るためにシリカ内に必要な円管状空間の量が多くなり、低屈折率化に制限が生じるばかりか、耐高温高湿性や耐光性等の耐環境性に問題が生じるおそれがある。
【０００６】
また、特許文献２にて開示された反射防止膜では、シリカの表面に開口部が存在するため、膜強度（耐擦傷性）が低いと考えられる。しかも、開口部に水分やゴミ、汚れが付着しやすく、これらの付着物が膜特性に影響を与える（耐汚染性が低くなる）おそれがある。
【０００７】
本発明は、バインダーを用いることなく所望の屈折率を得ることができ、耐環境性、耐擦傷性および耐汚染性に優れた光学膜を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての光学膜は、該光学膜の膜厚方向とは異なる方向に延びる複数の管状空間が内部に形成された構造体により構成されている。そして、該複数の管状空間のうち膜厚方向に並んだ管状空間が互いに平行に延びていることを特徴とする。
【０００９】
なお、基板としての光学部材上に上記光学膜が形成された光学素子も、本発明の他の一側面を構成する。さらに、上記光学素子と、この光学素子を保持する本体とを有する光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、バインダーを用いることなく、得られる屈折率の範囲が広く、しかも耐環境性、耐擦傷性および耐汚染性に優れた光学膜を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１である光学膜の構成を示す断面図。
【図２】実施例１の光学膜の反射防止特性を示す図。
【図３】実施例１の変形例としての光学膜の構成を示す断面図。
【図４】本発明の実施例２である光学膜の構成を示す断面図。
【図５】実施例２の光学膜の反射防止特性を示す図。
【図６】実施例２の変形例としての光学膜の構成を示す断面図。
【図７】本発明の実施例３である光学膜の反射防止特性を示す図。
【図８】実施例３の光学膜をエッヂフィルタとして用いる場合の断面図。
【図９】本発明の実施例４である光学膜の透過率特性を示す図。
【図１０】実施例４と比較例１の透過率特性を示す図。
【図１１】本発明の実施例５である光学機器（撮像装置）の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
具体的な実施例の説明に先立って、各実施例に共通する事項について説明する。実施例の光学膜は、その内部に複数の微細な管状空間を有する構造体により構成されている。構造体の内部に設けられた複数の管状空間のうち、任意の位置で膜厚方向に切断したときの断面にて膜厚方向に並んだ管状空間が互いに平行に延びている。基板と光学膜との界面が曲面であり、該曲面上に光学膜を形成する場合は、膜厚方向は、該曲面の接平面に直交する方向に相当する。
【００１４】
膜厚方向に並んだ管状空間が延びる方向は、基板と光学膜との界面に対して平行であってもよいし非平行であってもよい。また、管状空間は、構造体（光学膜）の表面にて開口しないように形成されることが望ましい。なお、上記断面において膜厚方向に並んだすべての管状空間が互いに平行に延びていることが好ましいが、必ずしもすべての管状空間が互いに平行に延びていなくてもよい。
【００１５】
また、上記構造体（つまりは光学膜）の製造方法は特に限定されない。例えば、繰り返しユニットの分子構造中に２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の表面に、配向したロッド状の細孔を有するメソ構造体を形成する方法で製造してもよい。
【００１６】
また、管状空間の最大開口径は４００ｎｍ以下であれることが望ましく、より好ましくは２〜５０ｎｍであればよい。
【００１７】
さらに、管状空間の平均長さは、該光学膜に入射する光の波長（使用波長）に対してあまり差がないと散乱が起こりやすくなるため、使用波長の中心波長の２倍以上であることが望ましい、より好ましくは１μｍ以上であればよい。
【００１８】
また、光学膜は、一軸配向性を有することが望ましい。図９に示すような波長選択性を有する光学膜では、入射角によっては偏光光に対する性能が変化しやすい。このような偏光依存特性を改善するためには、光学膜が一軸配向特性を有することが望ましい。なお、構造体は、無機酸化物により形成されることが好ましい。
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１（ａ），（ｂ）には実施例１の光学膜の構成を示している。図１（ａ）は、光学膜をその膜厚方向（図の上下方向）に沿い、かつ管状空間が延びる方向に平行な方向に切断したときの断面を示している。以下の説明において、この断面を特定断面という。また、図１（ｂ）は、光学膜をその膜厚方向に沿い、かつ管状空間が延びる方向に直交する方向に切断したときの断面を示している。
【００２１】
光学膜２０１は、レンズ等の光学部材としての基板１１上に形成されている。光学膜２０１は、無機酸化物の１つであるシリカ（ＳｉＯ２）１２を材料として形成されて、その内部に複数の微細な管状空間１３が形成された構造体によって構成されている。
【００２２】
以下、実施例１に対応する数値例を示す。本数値例の光学膜は、基板（光学部材）１１上に反射防止膜として形成されている。使用波長は４００ｎｍから７００ｎｍである。基板１１としては、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率が１．５２のガラス基板が使用されている。光学膜２０１は、シリカ１２の体積占有率が４８．９％である構造体により構成されている。
【００２３】
光学膜２０１において、複数の管状空間１３のうち図１（ａ）に示す特定断面にて膜厚方向に並んだ管状空間が互いに平行に延びている。また、これらの管状空間１３は、基板１１と光学膜２０１との界面（接平面）に平行に延びている。なお、いずれの管状空間１３も光学膜（構造体）２０１の表面に開口を持たない。
【００２４】
一般的なシリカ膜のｄ線に対する屈折率は１．４６である。これに対し、管状空間１３を含むことによって体積占有率が４８．９％となったシリカ１２のｄ線に対する屈折率は１．２２５と、一般的なシリカ膜の屈折率より低くなる。このときの物理的膜厚は１０５ｎｍである。
【００２５】
このように構成された光学膜２０１は、図２に示すように、４００〜７００ｎｍの波長領域において入射角度が０度の光に対して１．０％以下の低い反射率を持つため、高い反射防止性能を得ることができる。
【００２６】
上記数値例の光学膜２０１を実際に製造し、その膜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往復の擦り実験を行った。目視したこところ、光学膜２０１の表面の傷は確認できなかった。つまり、光学膜２０１は、高い耐擦傷性を有する。このことは、後述する他の実施例でも同じである。
【００２７】
なお、本実施例では、膜厚方向に並んだ管状空間が互いに平行に延び、かつ基板と光学膜との界面（接平面）に平行に延びる場合について説明したが、必ずしも界面に平行に延びる必要はない。
【００２８】
例えば、図３（ａ）に示す光学膜３０１のように、シリカ３３の内部において膜厚方向に並んだ管状空間３２が互いに平行に延びるが、基板３１と光学膜３０１との界面に対しては傾いていてもよい。この場合も、いずれの管状空間３２も光学膜３０１の表面に開口部を持たない。
【００２９】
また、膜厚方向に並んだ管状空間とは、特定断面におけるそれら管状空間が膜厚方向に並んでいる領域とは別の領域に形成された管状空間までを含まない意味である。もちろん、図３（ｂ）に示す光学膜４０１のように、特定断面の左側の領域にて膜厚方向に並んだ１組の管状空間３５と、右側の領域にて膜厚方向に並んだ１組の管状空間３６とが互いに平行であってもよい。しかし、図３（ｃ）に示す光学膜５０１のように、特定断面の左側の領域にて膜厚方向に並んだ１組の管状空間３８と、右側の領域にて膜厚方向に並んだ１組の管状空間３９とが互いに非平行であってもよい。これらの場合も、特定断面における同じ領域にて膜厚方向に並んだ各組の管状空間は互いに平行に延びている。
【実施例２】
【００３０】
図４（ａ），（ｂ）には実施例２の光学膜の構成を示している。図４（ａ）は、光学膜をその膜厚方向に沿い、かつ管状空間が延びる方向に平行な方向に切断したときの断面（特定断面）を示している。また、図４（ｂ）は、光学膜をその膜厚方向に沿い、かつ管状空間が延びる方向に直交する方向に切断したときの断面を示している。
【００３１】
光学膜６０１は、レンズ等の光学部材としての基板４１上に形成されている。光学膜６０１は、シリカ（ＳｉＯ２）４２を材料として形成されて、その内部に複数の微細な管状空間４３が形成された構造体によって構成されている。
【００３２】
以下、実施例２に対応する数値例を示す。本数値例の光学膜は、基板（光学部材）４１上に反射防止膜として形成されている。使用波長は４００ｎｍから７００ｎｍである。基板１１としては、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率が２．０のガラス基板が使用されている。光学膜６０１は、シリカ４２の体積占有率が９０％である構造体により構成されている。
【００３３】
光学膜６０１において、複数の管状空間４３のうち図４（ａ）に示す特定断面にて膜厚方向に並んだ管状空間が互いに平行に延びている。また、これらの管状空間４３は、基板４１と光学膜６０１との界面（接平面）に平行に延びている。なお、いずれの管状空間４３も光学膜（構造体）６０１の表面に開口を持たない。
【００３４】
管状空間４３を含むことによって体積占有率が９０％となったシリカ４２のｄ線に対する屈折率は１．４１４と、一般的なシリカ膜のｄ線に対する屈折率１．４６より低くなる。このときの物理的膜厚は９２ｎｍである。
【００３５】
このように構成された光学膜６０１は、図５に示すように、４００〜７００ｎｍの波長領域において入射角度が０度の光に対して２．５％以下（５２０ｎｍの波長に対しては０．５％以下）の低い反射率を持つため、高い反射防止性能を得ることができる。
【００３６】
一般光学膜として用いられる低屈折率膜には、屈折率が１．３８のＭｇＦ２膜や屈折率が１．４６のＳｉＯ２膜があるが、屈折率が２．０の基板４１に対してより高い反射防止効果が得られる屈折率１．４１４の材料を一般的な光学膜として形成することは困難である。
【００３７】
しかし、本実施例のように、本来の屈折率が１．４６であるシリカ膜の内部に微細な管状空間を形成することにより、屈折率の１．４１４への調整が可能となり、基板４１の屈折率に対して最適な低屈折率膜を作り出すことができる。
【００３８】
実施例１，２では、光学膜（構造体）の材料としてシリカを使用した場合について説明したが、他の無機酸化物を使用してもよい。他の無機酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２，ＨｆＯ２，ＷＯ３，ＣｅＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５等を使用できる。
【実施例３】
【００３９】
図６（ａ），（ｂ）には実施例３の光学膜の構成を示している。図６（ａ）は、光学膜をその膜厚方向に沿い、かつ管状空間が延びる方向に平行な方向に切断したときの断面（特定断面）を示している。また、図６（ｂ）は、光学膜をその膜厚方向に沿い、かつ管状空間が延びる方向に直交する方向に切断したときの断面を示している。
【００４０】
本実施例では、レンズ等の光学部材としての基板６１上に光学干渉膜６２，６３が形成されており、光学干渉膜６３の上に光学膜７０１が形成されている。なお、このように基板と光学膜との間に光学干渉膜６２，６３が設けられている場合でも、光学膜は基板上に形成されているものとして扱う。また、この場合、基板６１における光学膜７０１側の面を、基板６１と光学膜７０１との界面として扱う。これらのことは後述する実施例４でも同様である。
【００４１】
光学膜７０１は、シリカ（ＳｉＯ２）６４を材料として形成されて、その内部に複数の微細な管状空間６５が形成された構造体によって構成されている。光学干渉膜６２はＡｌ２Ｏ３膜であり、光学干渉膜６３はＴａ２Ｏ５膜である。
【００４２】
以下、実施例３に対応する数値例を示す。本数値例の光学膜は、基板（光学部材）６１上に、光学干渉膜６２，６３を介して形成され、反射防止膜として用いられる。使用波長は４００ｎｍから７００ｎｍである。基板６１としては、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率が１．８０のガラス基板が使用されている。
【００４３】
光学干渉膜６２としては、Ａｌ２Ｏ３膜が物理的膜厚１５４ｎｍにて形成されている。その上に、光学干渉膜６３として、Ｔａ２Ｏ５膜が物理的膜厚１２１ｎｍにて形成されている。これらの光学干渉膜６２，６３は、真空蒸着法にて形成されたものである。そして、光学干渉膜６３の上に、光学膜７０１が形成されている。
【００４４】
光学膜７０１は、シリカ６４の体積占有率が７８．７％である構造体により構成されている。光学膜７０１において、複数の管状空間６５のうち図６（ａ）に示す特定断面にて膜厚方向に並んだ管状空間が互いに平行に延びている。また、これらの管状空間６５は、前述した基板６１と光学膜７０１との界面（接平面）に平行に延びている。なお、いずれの管状空間６５も光学膜（構造体）７０１の表面に開口を持たない。
【００４５】
管状空間６５を含むことによって体積占有率が７８．７％となったシリカ６４のｄ線に対する屈折率は１．３６２と、一般的なシリカ膜のｄ線に対する屈折率１．４６より低くなる。このときの物理的膜厚は９４ｎｍである。
【００４６】
このように構成された光学膜７０１（光学干渉膜６２，６３を含む）は、図７に示すように、４００〜７００ｎｍの波長領域において入射角度が０度の光に対して１．０％以下の低い反射率を持つため、高い反射防止性能を得ることができる。
【実施例４】
【００４７】
図８（ａ），（ｂ）には、実施例４の光学膜としてのエッヂフィルタの構成を示している。図８（ａ）は、エッヂフィルタをその膜厚方向に沿い、かつ管状空間が延びる方向に平行な方向に切断したときの断面（特定断面）を示している。また、図８（ｂ）は、エッヂフィルタをその膜厚方向に沿い、かつ管状空間が延びる方向に直交する方向に切断したときの断面を示している。
【００４８】
本実施例では、レンズ等の光学部材としての基板７１上にダイクロイック膜９０２が形成されている。ダイクロイック膜９０２は、光学干渉膜８０１と光学膜９０１とが交互に積層されることで構成されている。光学干渉膜８０１は、ＴｉＯ２膜である。また、光学膜９０１は、シリカ（ＳｉＯ２）７４を材料として形成されて、その内部に複数の微細な管状空間７５が形成された構造体によって構成されている。
【００４９】
以下、実施例４に対応する数値例を示す。本数値例では、基板７１上に光学干渉膜８０１と光学膜９０１とを交互に１２層積層してダイクロイック膜を構成している。使用波長は４００ｎｍから７００ｎｍ（８００ｎｍ）である。基板７１としては、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率が１．５２のガラス基板が使用されている。
【００５０】
光学膜９０１は、シリカ７４の体積占有率が６０．９％である構造体により構成されている。光学膜９０１において、複数の管状空間７５のうち図８（ａ）に示す特定断面にて膜厚方向に並んだ管状空間が互いに平行に延びている。また、これらの管状空間８５は、実施例３で説明した基板７１と光学膜９０１との界面（接平面）に平行に延びている。なお、いずれの管状空間８５も光学膜（構造体）９０１の表面に開口を持たない。
【００５１】
管状空間８５を含むことによって体積占有率が６０．９％となったシリカ７４のｄ線に対する屈折率は１．２８０と、一般的なシリカ膜のｄ線に対する屈折率１．４６より低くなる。交互に積層された光学干渉膜８０１と光学膜９０１の屈折率と膜厚を表１にまとめて示す。
【００５２】
本実施例（数値例）によれば、図９に示す特性を有するエッジフィルタが得られる。すなわち、４００〜５００ｎｍでリップルの少ない高透過率が得られ、５２０ｎｍで透過率が５０％となり、６００〜７００ｎｍで１％以下の透過率、さらに８００ｎｍで１５％以下の透過率という広いカット波長領域を備えた高性能なエッヂフィルタが得られる。
【００５３】
本実施例のエッヂフィルタは、ダイクロイックフィルタ，ホットミラー，コールドミラー，色補正フィルタ，ロングパスフィタ，ショートパスフィルタおよびバンドパスフィルタ等として応用も可能である。
【００５４】
【表１】
2013224985.tif 000003
【００５５】
以上説明したように、上記各実施例によれば、従来の一部の光学膜のようにバインダーを用いることなく、得られる屈折率の範囲が広く、しかも耐環境性、耐擦傷性および耐汚染性に優れた光学膜を実現することができる。
【００５６】
以下、上記実施例に対する比較例を示す。
［比較例１］
比較例１は、実施例４のエッヂフィルタに対する比較例であり、ｄ線に対する屈折率が１．５２のガラス基板上に光学干渉膜としてのダイクロイック膜を蒸着法により形成したものである。ダイクロイック膜は波長５２０ｎｍのエッヂフィルタであり、高透過率の波長領域と高反射率の波長領域と有する。ダイクロイック膜の構成を表２に示す。
【００５７】
【表２】
2013224985.tif 000004
【００５８】
表２の構成を有する比較例１では、図１０に点線グラフで示すように６００ｎｍ以上の波長領域を透過率１％以下のカット波長領域とするために、膜層数が１６層以上必要である。そして、比較例１では、１５％透過率が得られる波長が７３０ｎｍとカット波長領域が狭く、実線グラフで示した実施例４と比較して性能が劣ることが明らかである。
【実施例５】
【００５９】
図１１には、実施例１〜３にて説明した光学膜を基板としてのレンズ上（光学作用を有する光学部材上）に形成した光学素子を含む光学機器としてのビデオカメラ、スチルカメラ等の撮像装置を示している。
【００６０】
図１１において、Ｌ１〜Ｌ４はレンズであり、レンズＬ１の被写体側の面およびレンズＬ４の被写体側と像面側の面には、反射防止膜としての光学膜ＡＲが形成されている。Ｓは絞りである。これらレンズＬ１〜Ｌ４および絞りＳによって結像光学系としての撮影光学系が構成される。
【００６１】
ＩＳは撮像素子であり、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等により構成されている。ＩＰは撮像素子ＩＳからの出力信号を用いて画像を生成する画像生成部である。Ｂは撮像装置の筐体（本体）であり、撮影光学系、撮像素子ＩＳおよび画像生成部ＩＰを収容または保持する。
【００６２】
反射防止膜として実施例１〜３にて説明した光学膜を用いることで、反射の影響が少ない良好な画像を取得可能な撮像装置を実現することができる。
【００６３】
なお、本実施例では撮像装置について説明したが、実施例１〜４にて説明した光学膜を光学部材（基板）上に形成した光学素子は、ビデオカメラ等における色分解系に用いられる色分解プリズムとしても実施できる。また、他の光学機器、例えば複写機やプロジェクタの光学系にも用いることができる。
【００６４】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
優れた反射防止性能等を有する光学膜を提供することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１１，３１，４１，６１，７１  基板
１２，３３，３４，３７，４２，６４，７４  シリカ
１３，３２，３５，３６，３８，３９，４３，６５，７５  管状空間
２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，９０１  光学膜
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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