(57)【要約】【課題】広い波長範囲において十分に高度な反射防止性能を発揮することが可能な反射防止膜を提供すること。【解決手段】光学基板と媒質との界面における光線の反射を低減させるために該光学基板の光学面上に形成された反射防止膜であって、  隣接する層同士の屈折率が異なるようにして８層以上の層が積層されてなり、前記媒質と接する最表層の屈折率ｎ１が設計中心波長λ０において１．３０以下であり、且つ、波長範囲がλ０±１２０ｎｍの範囲にある入射光に対する反射率Ｒが、光線入射角０〜１０度の範囲において０．１％以下であることを特徴とする反射防止膜。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学基板と媒質との界面における光線の反射を低減させるために該光学基板の光学面上に形成された反射防止膜であって、
隣接する層同士の屈折率が異なるようにして８層以上の層が積層されてなり、前記媒質と接する最表層の屈折率ｎ１が設計中心波長λ０において１．３０以下であり、且つ、波長範囲がλ０±１２０ｎｍの範囲にある入射光に対する反射率Ｒが、光線入射角０〜１０度の範囲において０．１％以下であることを特徴とする反射防止膜。
【請求項２】
高屈折率ｎＨの層と低屈折率ｎＬの層とが交互に積層された下地層と、該下地層上に積層された前記最表層とからなり、且つ、
前記ｎＨ、前記ｎＬ及び前記下地層中の隣接する層同士の屈折率差Δｎが、下記条件（i）〜（iii）：
（i）ｎＨ≧２．００
（ii）１．７０≧ｎＬ
（iii）Δｎ≧０．３０
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】
８層が積層されてなり、且つ、
各層の屈折率を前記媒質側から順にｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４，ｎ５，ｎ６，ｎ７，ｎ８とし、各層の光学膜厚を前記媒質側から順にｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６，ｄ７，ｄ８とした場合に、各層が下記条件（ａ）〜（ｊ）：
（ａ）ｎ１≦１．３０
（ｂ）ｎ２＝ｎ４＝ｎ６＝ｎ８＞ｎ３＝ｎ５＝ｎ７＞ｎ１
（ｃ）０．２２７０λ０≦ｄ１≦０．２６１０λ０
（ｄ）０．０６６７λ０≦ｄ２≦０．０８６１λ０
（ｅ）０．０５９５λ０≦ｄ３≦０．０７８５λ０
（ｆ）０．２６６３λ０≦ｄ４≦０．４４５２λ０
（ｇ）０．０１０２λ０≦ｄ５≦０．０５９６λ０
（ｈ）０．０８１１λ０≦ｄ６≦０．１８４７λ０
（ｉ）０．０４７９λ０≦ｄ７≦０．１４５４λ０
（ｊ）０．０１９２λ０≦ｄ８≦０．０７３３λ０
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射防止膜。
【請求項４】
１０層が積層されてなり、且つ、
各層の屈折率を前記媒質側から順にｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４，ｎ５，ｎ６，ｎ７，ｎ８，ｎ９，ｎ１０とし、光学膜厚をｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６，ｄ７，ｄ８，ｄ９，ｄ１０とした場合に、各層が下記条件（Ａ）〜（Ｌ）： 
（Ａ）ｎ１≦１．３０
（Ｂ）ｎ２＝ｎ４＝ｎ６＝ｎ８＝ｎ１０＞ｎ３＝ｎ５＝ｎ７＝ｎ９＞ｎ１
（Ｃ）０．２３２８λ０≦ｄ１≦０．２６１６λ０
（Ｄ）０．０７５９λ０≦ｄ２≦０．０８８５λ０
（Ｅ）０．０６１３λ０≦ｄ３≦０．０７８９λ０
（Ｆ）０．２７３７λ０≦ｄ４≦０．３８９５λ０
（Ｇ）０．０１７３λ０≦ｄ５≦０．０３７０λ０
（Ｈ）０．０５７５λ０≦ｄ６≦０．１７５４λ０
（Ｉ）０．０３９６λ０≦ｄ７≦０．１１３７λ０
（Ｊ）０．０１２７λ０≦ｄ８≦０．０９１４λ０
（Ｋ）０．０２４８λ０≦ｄ９≦０．１６５４λ０
（Ｌ）０．００４３λ０≦ｄ１０≦０．０３９４λ０
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射防止膜。
【請求項５】
前記最表層が、酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化アルミニウム及びフッ化アルミニウムナトリウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む多孔質構造の層であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の反射防止膜。
【請求項６】
前記最表層が、酸化ケイ素及びフッ化マグネシウムの複合体からなる多孔質構造の層であることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の反射防止膜。
【請求項７】
前記最表層以外の層において、隣接する層同士のうち高屈折率の層が、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物及びニオブ酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を含む層であることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の反射防止膜。
【請求項８】
前記最表層以外の層において、隣接する層同士のうち低屈折率の層が、酸化ケイ素及びフッ化マグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む層であることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の反射防止膜。
【請求項９】
波長範囲が４００〜７００ｎｍの範囲にある可視光線用に用いられることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の反射防止膜。
【請求項１０】
光学基板と、前記光学基板の光学面上に形成された請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の反射防止膜とを備えることを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
前記光学基板が、光学面が平面状又は曲面状に形成されたものであることを特徴とする請求項１０に記載の光学素子。
【請求項１２】
物体と像面との間に配置された光学素子を備える光学系であって、前記光学素子のうちの少なくとも１つが請求項１０に記載の光学素子であることを特徴とする光学系。
【請求項１３】
中心設計波長λ０が５５０ｎｍであることを特徴とする請求項１２に記載の光学系。
【請求項１４】
結像光学系として用いられることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の光学系。
【請求項１５】
観察光学系として用いられることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の光学面に形成して入射する光線の反射を低減させるための反射防止膜、前記反射防止膜を備える光学素子、並びに、前記光学素子を備える光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、物体に光が入射すると、物体と媒質との屈折率の違いにより、その界面で光の反射が生じる。結像光学系や観察光学系等の光学系においては、このような反射光によりゴーストやフレアが発生し、光学性能が著しく低下する。例えば、カメラの光学系においては、通常、数枚〜十数枚の光学素子（レンズ）が使われるが、１枚のレンズの表面で４〜９％の光が反射されるため、光学系全体としては数十％の光が反射により失われる。また、このようなカメラの光学系においては、このような反射光の一部がレンズ面間で複数回反射された後、像面に到達するため、ゴーストやフレアが発生し、その性能が低下する。そのため、このような結像光学系や観察光学系等においては、光学性能の低下を防止するために光学素子の表面に光の反射を低減させるための反射防止膜を形成することが一般的である。そして、光学系の用途に応じて設計された反射防止膜により、画面内に強い光源が入らない限りは良好な光学性能を保たれるようになってきた。
【０００３】
しかしながら、近年のデジタル技術の発展に伴い、従来の反射防止膜では反射防止性能の不足が指摘されるようになってきた。例えば、従来のカメラでは受光部に銀塩フィルムを配置して露光することにより写真を撮影していたが、デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）１００では受光部に撮像素子１０１が配置され、更にその手前にローパスフィルター１０２や赤外カットフィルター１０３を配置している（図１参照）。このような撮像素子やフィルター類は、前記銀塩フィルムよりも表面反射や後方散乱（図２参照）が強い。なお、一般的な赤外カットフィルター、ローパスフィルター及び撮像素子の平均反射率及び後方散乱する光の量を表１に示す。
【０００４】
【表１】
2009008901.tif 000002
【０００５】
このようなデジタルスチルカメラにおいては、フィルター表面で反射された光がレンズ面で再び反射されて撮像素子に戻ってくるため、銀塩フィルムを用いる従来のカメラよりもゴーストやフレアが発生し易い。そのため、このようなデジタルスチルカメラ等に用いられる光学系においては、ゴーストやフレア等による性能の低下を防止するために、従来よりも高い性能の反射防止膜が求められており、更なる低反射化や広い入射角度範囲での低反射化が要求されてきている。
【０００６】
このような要求に対して、多層膜設計技術や多層膜成膜技術を利用した反射防止膜が研究されている。例えば、特開２００４−３０２１１３号公報（特許文献１）においては、２〜６層構造の反射防止膜であって、反射防止膜の最表層に屈折率が１．３０以下の層を配した反射防止膜が開示されており、かかる反射防止膜により、広い波長領域の光に対する反射防止特性の向上及び広い入射角度範囲の光に対する低反射化が図られている。しかしながら、このような反射防止膜においても、可視光域の広い波長範囲における反射防止特性は必ずしも十分なものではなく、可視光域の広い波長範囲において、より高い水準で反射防止特性を発揮できる反射防止膜が求められている。
【特許文献１】特開２００４−３０２１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、広い波長範囲において十分に高度な反射防止性能を発揮することが可能な反射防止膜、その反射防止膜を用いた光学素子、並びに、その光学素子を備える光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、隣接する層同士の屈折率が異なるようにして８層以上の層を積層させ、媒質と接する最表層の屈折率を設計中心波長λ０において１．３０以下とし、更に波長範囲がλ０±１２０ｎｍの範囲にある入射光に対する反射率Ｒを光線入射角０〜１０度の範囲において０．１％以下とすることにより、広い波長範囲において十分に高度な反射防止性能を発揮することが可能な反射防止膜が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の反射防止膜は、光学基板と媒質との界面における光線の反射を低減させるために該光学基板の光学面上に形成された反射防止膜であって、
隣接する層同士の屈折率が異なるようにして８層以上の層が積層されてなり、前記媒質と接する最表層の屈折率ｎ１が設計中心波長λ０において１．３０以下であり、且つ、波長範囲がλ０±１２０ｎｍの範囲にある入射光に対する反射率Ｒが、光線入射角０〜１０度の範囲において０．１％以下であることを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明の反射防止膜としては、高屈折率ｎＨの層と低屈折率ｎＬの層とが交互に積層された下地層と、該下地層上に積層された前記最表層とからなり、且つ、
前記ｎＨ、前記ｎＬ及び前記下地層中の隣接する層同士の屈折率差Δｎが、下記条件（i）〜（iii）：
（i）２．５５≧ｎＨ≧２．００
（ii）１．７０≧ｎＬ≧１．３５
（iii）Δｎ≧０．３０
を満たすものが好ましい。
【００１１】
また、上記本発明の反射防止膜としては、８層が積層されてなり、且つ、
各層の屈折率を前記媒質側から順にｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４，ｎ５，ｎ６，ｎ７，ｎ８とし、各層の光学膜厚を前記媒質側から順にｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６，ｄ７，ｄ８とした場合に、各層が下記条件（ａ）〜（ｊ）：
（ａ）ｎ１≦１．３０
（ｂ）ｎ２＝ｎ４＝ｎ６＝ｎ８＞ｎ３＝ｎ５＝ｎ７＞ｎ１
（ｃ）０．２２７０λ０≦ｄ１≦０．２６１０λ０
（ｄ）０．０６６７λ０≦ｄ２≦０．０８６１λ０
（ｅ）０．０５９５λ０≦ｄ３≦０．０７８５λ０
（ｆ）０．２６６３λ０≦ｄ４≦０．４４５２λ０
（ｇ）０．０１０２λ０≦ｄ５≦０．０５９６λ０
（ｈ）０．０８１１λ０≦ｄ６≦０．１８４７λ０
（ｉ）０．０４７９λ０≦ｄ７≦０．１４５４λ０
（ｊ）０．０１９２λ０≦ｄ８≦０．０７３３λ０
を満たすものが好ましい。
【００１２】
また、上記本発明の反射防止膜としては、１０層が積層されてなり、且つ、
各層の屈折率を前記媒質側から順にｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４，ｎ５，ｎ６，ｎ７，ｎ８，ｎ９，ｎ１０とし、光学膜厚をｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６，ｄ７，ｄ８，ｄ９，ｄ１０とした場合に、各層が下記条件（Ａ）〜（Ｌ）： 
（Ａ）ｎ１≦１．３０
（Ｂ）ｎ２＝ｎ４＝ｎ６＝ｎ８＝ｎ１０＞ｎ３＝ｎ５＝ｎ７＝ｎ９＞ｎ１
（Ｃ）０．２３２８λ０≦ｄ１≦０．２６１６λ０
（Ｄ）０．０７５９λ０≦ｄ２≦０．０８８５λ０
（Ｅ）０．０６１３λ０≦ｄ３≦０．０７８９λ０
（Ｆ）０．２７３７λ０≦ｄ４≦０．３８９５λ０
（Ｇ）０．０１７３λ０≦ｄ５≦０．０３７０λ０
（Ｈ）０．０５７５λ０≦ｄ６≦０．１７５４λ０
（Ｉ）０．０３９６λ０≦ｄ７≦０．１１３７λ０
（Ｊ）０．０１２７λ０≦ｄ８≦０．０９１４λ０
（Ｋ）０．０２４８λ０≦ｄ９≦０．１６５４λ０
（Ｌ）０．００４３λ０≦ｄ１０≦０．０３９４λ０
を満たすものが好ましい。
【００１３】
さらに、上記本発明の反射防止膜としては、前記最表層が、酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化アルミニウム及びフッ化アルミニウムナトリウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む多孔質構造の層であることが好ましく、酸化ケイ素及びフッ化マグネシウムの複合体からなる多孔質構造の層であることがより好ましい。
【００１４】
また、上記本発明の反射防止膜としては、前記最表層以外の層において、隣接する層同士のうち高屈折率の層が、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物及びニオブ酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を含む層であることが好ましい。
【００１５】
また、上記本発明の反射防止膜としては、前記最表層以外の層において、隣接する層同士のうち低屈折率の層が、酸化ケイ素及びフッ化マグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む層であることが好ましい。
【００１６】
さらに、上記本発明の反射防止膜としては、波長範囲が４００〜７００ｎｍの範囲にある可視光線用に用いられることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の光学素子は、光学基板と、前記光学基板の光学面上に形成された上記本発明の反射防止膜とを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
上記本発明の光学素子としては、前記光学基板が、光学面が平面状又は曲面状に形成されたものであることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の光学系は、物体と像面との間に配置された光学素子を備える光学系であって、前記光学素子のうちの少なくとも１つが上記本発明の光学素子であることを特徴とするものである。
【００２０】
上記本発明の光学系としては、中心設計波長λ０が５５０ｎｍであることが好ましい。
【００２１】
また、上記本発明の光学系としては、結像光学系又は観察光学系として用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、広い波長範囲において十分に高度な反射防止性能を発揮することが可能な反射防止膜、その反射防止膜を用いた光学素子、並びに、その光学素子を備える光学系を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
先ず、本発明の反射防止膜について説明する。すなわち、本発明の反射防止膜は、光学基板と媒質との界面における光線の反射を低減させるために該光学基板の光学面上に形成された反射防止膜であって、
隣接する層同士の屈折率が異なるようにして８層以上の層が積層されてなり、前記媒質と接する最表層の屈折率ｎ１が設計中心波長λ０において１．３０以下であり、且つ、波長範囲がλ０±１２０ｎｍの範囲にある入射光に対する反射率Ｒが、光線入射角０〜１０度の範囲において０．１％以下であることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の反射防止膜は、隣接する層同士の屈折率が異なるようにして８層以上の層が積層された多層構造の膜である。また、各層のうち媒質と接する最表層は、設計中心波長λ０において屈折率ｎ１が１．３０以下となる層である。本発明においては、前記媒質に接する媒質側の第１層（最表層）の屈折率ｎ１が設計中心波長λ０において１．３０以下であるが、最表層をこのような超低屈折率層とすることで、最表層と他の層との屈折率の差を大きくし、角度特性を向上させることを可能とする。
【００２６】
また、本発明の反射防止膜は、波長範囲がλ０±１２０ｎｍの範囲にある入射光に対する反射率Ｒが、光線入射角０〜１０度の範囲において０．１％以下（より好ましくは０．０５％以下）のものである。このような反射率Ｒが０．１％を超えた反射防止膜では、光学素子と媒質との界面で生じる反射を十分に防止できず、例えばデジタルスチルカメラ用の光学素子に積層させて用いた場合にゴーストやフレアを十分に防止できない。
【００２７】
また、本発明の反射防止膜としては、高屈折率ｎＨの層と低屈折率ｎＬの層とが交互に積層された下地層と、前記下地層上に積層された前記最表層とからなる構造のものが好ましい。このように、下地層を高屈折率ｎＨの層と低屈折率ｎＬの層とが交互に積層された構造とすることにより、高い反射防止効果を発揮できる。
【００２８】
また、このような下地層中の高屈折率ｎＨの層としては、前記屈折率ｎＨが１．９０以上（ｎＨ≧１．９０）であることが好ましく、２．００以上であることがより好ましい。このような屈折率が前記下限未満では、低屈折率の層と高屈折率の層との屈折率差が小さくなって、反射防止特性の向上を図ることが困難となる傾向にある。
【００２９】
また、前記低屈折率ｎＬの層としては、前記屈折率ｎＬが１．７０以下（１．７０≧ｎＬ）であることが好ましく、１．５０以下であることがより好ましい。このような屈折率が前記上限を超えると低屈折率の層と高屈折率の層との屈折率差が小さくなって、反射防止特性の向上を図ることが困難となる傾向にある。
【００３０】
また、前記高屈折率ｎＨの層と前記低屈折率ｎＬの層の屈折率差Δｎとしては、０．３０以上であることが好ましく、０．５０以上であることがより好ましい。このような屈折率差が前記下限未満では、屈折率差が小さくなって、反射防止特性の向上を図ることが困難となる傾向にある。
【００３１】
また、このような８層以上の多層構造としては、波長範囲がλ０±１２０ｎｍの範囲にある入射光に対する反射率Ｒを光線入射角０〜１０度の範囲においてより確実に０．１％以下とするという観点から、各層の総数がｍ（ｍ≧８）で、各層を媒質側から順に第１層（最表層）、第２層、第３層・・・・第ｍ層とした場合、偶数番目の層が高屈折率ｎＨの層で、最表層以外の奇数番目の層が低屈折率ｎＬの層であることが好ましい。このように偶数番目の層を高屈折率ｎＨの層とすることにより、最表層と第２層との間の屈折率差が大きくなって、より高い反射防止効果を発揮できる傾向にある。
【００３２】
さらに、本発明の反射防止膜としては、８層が積層されてなり、各層の屈折率を前記媒質側から順にｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４，ｎ５，ｎ６，ｎ７，ｎ８とし、各層の光学膜厚を前記媒質側から順にｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６，ｄ７，ｄ８とした場合に、各層が下記条件（ａ）〜（ｊ）：
（ａ）ｎ１≦１．３０
（ｂ）ｎ２＝ｎ４＝ｎ６＝ｎ８＞ｎ３＝ｎ５＝ｎ７＞ｎ１
（ｃ）０．２２７０λ０≦ｄ１≦０．２６１０λ０
（ｄ）０．０６６７λ０≦ｄ２≦０．０８６１λ０
（ｅ）０．０５９５λ０≦ｄ３≦０．０７８５λ０
（ｆ）０．２６６３λ０≦ｄ４≦０．４４５２λ０
（ｇ）０．０１０２λ０≦ｄ５≦０．０５９６λ０
（ｈ）０．０８１１λ０≦ｄ６≦０．１８４７λ０
（ｉ）０．０４７９λ０≦ｄ７≦０．１４５４λ０
（ｊ）０．０１９２λ０≦ｄ８≦０．０７３３λ０
を満たすものが好ましい。
【００３３】
また、本発明の反射防止膜としては、１０層が積層されてなり、且つ、
各層の屈折率を前記媒質側から順にｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４，ｎ５，ｎ６，ｎ７，ｎ８，ｎ９，ｎ１０とし、光学膜厚をｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６，ｄ７，ｄ８，ｄ９，ｄ１０とした場合に、各層が下記条件（Ａ）〜（Ｌ）： 
（Ａ）ｎ１≦１．３０
（Ｂ）ｎ２＝ｎ４＝ｎ６＝ｎ８＝ｎ１０＞ｎ３＝ｎ５＝ｎ７＝ｎ９＞ｎ１
（Ｃ）０．２３２８λ０≦ｄ１≦０．２６１６λ０
（Ｄ）０．０７５９λ０≦ｄ２≦０．０８８５λ０
（Ｅ）０．０６１３λ０≦ｄ３≦０．０７８９λ０
（Ｆ）０．２７３７λ０≦ｄ４≦０．３８９５λ０
（Ｇ）０．０１７３λ０≦ｄ５≦０．０３７０λ０
（Ｈ）０．０５７５λ０≦ｄ６≦０．１７５４λ０
（Ｉ）０．０３９６λ０≦ｄ７≦０．１１３７λ０
（Ｊ）０．０１２７λ０≦ｄ８≦０．０９１４λ０
（Ｋ）０．０２４８λ０≦ｄ９≦０．１６５４λ０
（Ｌ）０．００４３λ０≦ｄ１０≦０．０３９４λ０
を満たすものが好ましい。
【００３４】
上述のように、８層構造の場合には各層が上記条件（ａ）〜（ｊ）を満たすようにし、また、１０層構造の場合には各層が上記条件（Ａ）〜（Ｌ）を満たすようにすることにより、波長範囲がλ０±１２０ｎｍの範囲にある入射光に対する反射率Ｒを光線入射角０〜１０度の範囲において、より確実に０．１％以下とすることができるとともに、可視光域の光に対してより高い反射防止効果を発揮できる傾向にある。なお、このような８層構造又は１０層構造の反射防止膜においては、媒質側から数えて偶数番目の層（屈折率がｎ２、ｎ４、ｎ６、ｎ８又はｎ１０の層）が上記高屈折率ｎＨの層に相当し、最表層以外の奇数番目の層（ｎ３、ｎ５、ｎ７又はｎ９の層）が前記低屈折率ｎＬの層に相当する。
【００３５】
また、このような反射防止膜の各層を製造するための成膜材料としては、最表層の屈折率ｎ１を設計中心波長λ０において１．３０以下とすることが可能で且つ波長範囲がλ０±１２０ｎｍの範囲にある入射光に対する反射率Ｒが光線入射角０〜１０度の範囲において０．１％以下となるように各層を構成させることが可能な材料であればよく、特に制限されず、反射防止膜を成膜することが可能な公知の成膜材料を適宜用いることができる。
【００３６】
また、前記最表層としては、屈折率ｎ１が設計中心波長λ０において１．３０以下である層であればよく特に制限されないが、製造時に空間充填密度を調整することにより屈折率を１．３０以下に容易に調整でき、しかも後述するウェットプロセスにより容易に製造できるという観点から、酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化アルミニウム及びフッ化アルミニウムナトリウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む多孔質構造の層であることがより好ましく、機械的強度及び他の層との付着力の向上という観点から、酸化ケイ素及びフッ化マグネシウムの複合体からなる多孔質構造の層であることが特に好ましい。また、前記多孔質構造の層における空間充填密度としては特に制限されないが、十分な角度反射防止特性が得られる屈折率を実現するという観点から、８０％以下であることが好ましい。このように空間充填密度を低下させると、多孔質構造の薄膜は膜物質固有の屈折率よりも低い屈折率を実現できる。そのため、空間充填密度を８０％以下とすることで、屈折率ｎ１を設計中心波長λ０において１．３０以下とすることが容易となるとともに、光学薄膜の反射率を低減すると共に分光帯域を広げ、角度特性を改善することができる。
【００３７】
前記最表層以外の層においては、隣接する層同士のうち、高屈折率の層が、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物及びニオブ酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を含む層であることが好ましく、低屈折率の層が、酸化ケイ素、フッ化マグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む層であることが好ましい。
【００３８】
また、本発明の反射防止膜は、可視光域の光に対して十分に高い反射防止効果を発揮できることから、波長範囲が４００〜７００ｎｍの範囲にある可視光線用に用いることが好ましい。更に、このような反射防止膜における設計中心波長λ０は、可視光域において十分な反射防止特性を発揮させるという観点から、５２０〜５８０ｎｍの範囲にあることが好ましく、５５０ｎｍであることがより好ましい。
【００３９】
また、本発明の反射防止膜を形成させる光学基板としては、特に制限されず、公知の基板、例えば、ＢＫ７に代表される一般的な光学ガラスから蛍石のような結晶材料等からなる光学基板であってもよく、透過光学系で使用する観点から、使用波長範囲において光エネルギーの吸収損失の少ない光学基板を選択することが好ましい。
【００４０】
また、このような光学基板の形状は目的とする光学系の設計に合わせて適宜変更することができ、特に制限されないが、結像光学系や観察光学系に用いるという観点から、光学面が平面状又は曲面状に形成されたものが好ましい。
【００４１】
次に、このような本発明の反射防止膜を製造するための好適な方法について説明する。
【００４２】
本発明の反射防止膜を製造するための方法は、前記最表層の屈折率を設計中心波長λ０において１．３０以下とすることができ、しかも波長範囲がλ０±１２０ｎｍの範囲にある入射光に対する反射率Ｒを光線入射角０〜１０度の範囲において０．１％以下とすることが可能な方法であればよく、特に制限されず、公知の成膜方法により各層を適宜採用できる。このような成膜方法は特に制限されないが、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法及びＣＶＤ法等のドライプロセスによる成膜方法や、ゾルゲル法等のウェットプロセスによる成膜方法等が挙げられる。
【００４３】
以下、各層の成膜方法を最表層の製造方法と最表層以外の下地層の製造方法とに分けて具体的に説明する。
【００４４】
前記最表層の製造方法としては特に制限されないが、ゾルゲル法を採用することが好ましい。ゾルゲル法を採用することにより、前記最表層として好適な多孔質構造の層を、より容易に製造することができる傾向にある。
【００４５】
このようなゾルゲル法を採用して最表層を成膜する方法としては、例えば、最表層の原料となる金属の金属塩や金属有機化合物等を出発原料として用い、前記出発原料とフッ素化物を溶媒に混合して、前記金属のフッ化物を含むゾル溶液を製造した後、前記ゾル溶液を加熱等により後処理し、これをスプレー法、スピンコート法、ディップコート法等の公知の塗布方法により下地層上に塗布し、ゲル膜を堆積させ、その後、加熱して多孔質構造の最表層を成膜する方法が挙げられる。
【００４６】
このような最表層の原料となる金属としては、例えば、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ナトリウム、アルミニウム及びこれらの混合物等が挙げられる。更に、このような金属の金属塩や金属有機化合物としては、前記金属の有機酸塩、無機酸塩、アルコキシド等が挙げられ、酢酸塩が好適である。また、前記フッ素化合物としては、フッ化水素酸（フッ酸）、無水フッ化水素、トリフルオロ酢酸等を用いることができ、フッ化水素酸が好適である。更に、前記溶媒としては、水や、アルコール等の有機溶媒を用いることができ、メタノールが好適である。
【００４７】
また、このようなゾルゲル法によって成膜される多孔質構造の最表層の空間充填密度を調整する方法は特に制限されず、用いる金属の種類等に応じて分散媒を適宜変更したり、ゾルの後処理における処理条件（温度や処理時間等）を適宜変更することにより調整する方法が挙げられる。
【００４８】
以下、酸化ケイ素及びフッ化マグネシウムの複合体からなる多孔質構造の層を成膜する方法を例にして最表層の製造方法をより詳細に説明する。
【００４９】
このような酸化ケイ素及びフッ化マグネシウムの複合体からなる多孔質構造の層を成膜する方法においては、先ず、前記原料となる金属としてマグネシウム化合物を用い、マグネシウム化合物溶液と前記フッ素化合物溶液とを混合してフッ化マグネシウム粒子のゾル溶液を調製するとともに、反応により酸化ケイ素を形成することが可能な成分を含有する酸化ケイ素前駆体溶液を調製し、これらの溶液を下地層上に供給することにより、下地層上に成膜材料粒子を堆積させると共に、その粒子間及び前記粒子と下地層との間を非晶質の酸化ケイ素により連結する方法を好適に採用することができる。
【００５０】
このようなゾル溶液中におけるフッ化マグネシウム粒子の平均粒子径は、対象とする光線の散乱損失を低減する観点から、１ｎｍ〜１００ｎｍとすることが好ましい。
【００５１】
また、前記ゾル溶液中の前記フッ化マグネシウム粒子としては、結晶性が高いものが好ましい。前記フッ化マグネシウム粒子の結晶性を高くすることにより、耐環境性が向上すると共に、光の吸収損失を低減することができる。このようなフッ化マグネシウム粒子の結晶性を高くする方法としては、マグネシウムと前記フッ素化合物とを混合した後に、加圧処理及び／又は熱処理する方法を採用することが好ましい。例えば、前記ゾル溶液を高温高圧処理すると、結晶性の高いフッ化マグネシウム粒子が得られる。なお、後述するようにフッ化マグネシウムと酸化ケイ素を複合化させると屈折率が高くなるため、最表層を製造する際には、設計中心波長λ０において屈折率を１．３０以下とするためにゾル調製後に後処理としてオートクレーブ処理を導入することが好ましい。
【００５２】
また、このようなゾル溶液を調製する際に、前記マグネシウムの酢酸塩を用いる場合においては、溶媒としてメタノールを用いることが好ましい。
【００５３】
また、ゾル溶液を調製する際に用いるマグネシウム化合物中のマグネシウム（Ｍｇ）に対するフッ素化合物中のフッ素（Ｆ）のモル比（以下、「Ｆ／Ｍｇ比」と称することがある。）は、最表層の屈折率を設計中心波長λ０においてより確実に１．３０以下とするという観点から、１．９０〜２．００の範囲とすることが好ましく、１．９９〜２．００の範囲とすることがより好ましい。このようなＦ／Ｍｇ比が前記下限未満では、得られる膜が緻密なものとなって最表層の屈折率が高くなり易い傾向にあり、一方、前記上限を超えると、ゾル溶液を調製中にゲル化し易くなり、成膜が困難となる傾向にある。また、ゾル溶液中に生成されるフッ化マグネシウムの質量濃度は、３質量％未満とすることが好ましい。このようなフッ化マグネシウムの濃度が高いほど屈折率を低くできるが、高すぎるとゲル化し易いからである。
【００５４】
また、前記酸化ケイ素前駆体溶液において、前記反応により酸化ケイ素を形成することが可能な成分としては、最終的に網目構造を有する酸化ケイ素を製造することが可能な物質が好ましく、熱処理により網目構造のＳｉＯ２を生成することが可能な有機ケイ素化合物がより好ましい。このような有機ケイ素化合物としては、例えば、シリコンアルコキシドとパーヒドロポリシラザンが挙げられる。前記アルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、エチルトリブトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリプロポキシシラン、プロピルトリブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジメチルジブトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジエチルジブトキシシラン、メチルエチルジメトキシシラン、メチルプロピルジエトキシシラン等が挙げられる。このようなアルコキシシランを用いる場合、そのまま用いてもよいが、ＳｉＯ２に転化させるための熱処理温度を低くできることから、予め酸触媒を用いて加水分解と重縮合を行っておくことが好ましい。なお、アルコキシシランとしてテトラエトキシシランを用い、これを加水分解することにより網目構造を形成させる方法については、作花済夫著、ゾル−ゲル法の科学、アグネ承風社（１９８９年発行）の記載が参照できる。
【００５５】
前記酸化ケイ素前駆体溶液の濃度は、形成する最表層の屈折率を設計中心波長λ０において１．３０以下とすることが可能な範囲であればよく、特に制限されないが、５質量％以下とすることが好ましく、２質量％以下とすることが特に好ましい。前記酸化ケイ素前駆体溶液の濃度が５質量％よりも高くなると膜の強度は高くなるものの、屈折率も高くなってしまう傾向があり、更には収縮率も高くなってしまう傾向にある。また、前記酸化ケイ素前駆体溶液の濃度を５質量％よりも高くすると、前記フッ化マグネシウムにより形成される多孔質膜上に酸化ケイ素の膜が形成されてしまう傾向にある。このようにして多孔質膜上に酸化ケイ素の膜が形成された場合には、緻密で比較的屈折率の高いＳｉＯ２膜が最表面に形成されてしまうため、最表層の屈折率を設計中心波長λ０において１．３０以下とすることが困難となる傾向にある。なお、後述する１回塗布法を採用する場合においては、ゾル溶液と前記酸化ケイ素前駆体溶液とを混合した塗布液が下地層に塗布されることとなるが、このような塗布液中においても、ケイ素の濃度は、ＳｉＯ２換算濃度として５質量％以下とすることが好ましく、２質量％以下とすることが特に好ましい。
【００５６】
また、前記ゾル溶液と前記酸化ケイ素前駆体溶液とを、下地層上に供給するための好適な方法としては、以下のような２つの方法が挙げられる。すなわち、第１の方法としては、下地層上に前記ゾル溶液を用いて多孔質膜を形成した後に、前記酸化ケイ素前駆体溶液を塗布し、染み込ませる方法（「２回塗布法」と称する）が挙げられ、第２の方法としては、予めゾル溶液と前記酸化ケイ素前駆体溶液とを混合して得られた混合物を下地層上に塗布する方法（「１回塗布法』と称する）が挙げられる。
【００５７】
このうち、２回塗布法の場合は、前記酸化ケイ素前駆体溶液中の前記成分として、アルコキシシランとポリシラザンのいずれでも使えるが、１回塗布法の場合は、アルコキシシランが好ましい。ポリシラザンは微量でも水を含む溶媒には混ぜることができないからである。なお、ポリシラザンを１回塗布法に用いる場合であってゾル溶液中の溶媒がメタノールの場合には、ゾル溶液の溶媒をアルコール、ケトン、エステル類以外の、例えば、キシレンやジブチルエーテルなどの非水溶媒に溶媒置換することが好ましい。
【００５８】
また、１回塗布法は、前記酸化ケイ素前駆体溶液の濃度を高くしてもＳｉＯ２膜が最表層上に生じることが起こり難く、またゾル溶液を塗布して製造した膜を乾燥する必要もなく、更には塗布工程が１回で済むため効率的な方法である。一方、２回塗布法は、ゾル溶液と前記酸化ケイ素前駆体溶液を２回塗布する必要があるが、ゾル溶液に前記酸化ケイ素前駆体溶液を混合できない場合に有効な方法である。従って、１回塗布法は、塗布工程が１回で済むのでコストダウンになるが、前記酸化ケイ素前駆体溶液がゾル溶液に混合できる場合に限られる。
【００５９】
また、ゾル溶液及び前記酸化ケイ素前駆体溶液を塗布する方法としては特に制限されず、公知の方法を適宜採用できる。
【００６０】
また、成膜後の熱処理温度は特に制限されないが、熱処理の温度が高温になると光学基板自体が劣化したり変形したりする場合があるため、成膜後の熱処理温度はより低い温度であることが好ましい。
【００６１】
例えば、光学基板がガラス基材の場合であって、アルコキシシランを含有する前記酸化ケイ素前駆体溶液を用いる場合においては、５０℃〜３００℃の温度条件とすることが好ましい。一方、ポリシラザンの中には室温でＳｉＯ２に転化する種類もあるが、一般的には５０℃以上の熱処理でＳｉＯ２に転化するため、例えば、光学基板がガラス基材の場合であって、ポリシラザンを含有する前記酸化ケイ素前駆体溶液を用いる場合においては、５０℃〜２００℃の温度条件とすることが好ましい。なお、ポリシラザンを含有する前記酸化ケイ素前駆体溶液を用いる場合、湿度が高い程、より緻密なＳｉＯ２膜になるので好ましい。
【００６２】
このような成膜方法によれば、設計中心波長において屈折率が１．３０以下となる最表層を形成することが可能であり、しかも曲率半径の小さいレンズにも均一な厚さで成膜することができる。
【００６３】
以上、最表層の製造方法として好適な方法を説明したが、次に、下地層の製造方法として好適な方法について説明する。
【００６４】
下地層の各層の成膜方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法及びＣＶＤ法等のドライプロセスによる成膜方法が好適に採用される。このようなドライプロセスによる成膜方法においては、公知の方法及び公知の成膜装置を適宜利用することができる。
【００６５】
以下、図３〜４に示すスパッタ装置を用いた下地層の製造方法を例に挙げて、下地層の製造方法をより詳細に説明する。なお、図３は、下地層を製造するのに好適なスパッタ装置の一実施形態を下から見た状態を模式的に示す模式図であり、図４は、図３に示すスパッタ装置のＡ−Ａ’断面図である。
【００６６】
図３〜４に示すスパッタ装置は、成膜室としての真空チャンバ１と、真空チャンバ１内に設けられた回転テーブル２と、２つのスパッタ源３（図３〜５中、スパッタ源は１つのみを示し、もう１つは省略）と、光学モニタ４を備えている。
【００６７】
回転テーブル２は、図示を省略したモータ等のアクチュエータにより、回転軸７の回りに回転し得るようになっている。回転テーブル２の下面には、図示を省略したホルダを介して、光学基板１１及びモニタ基板２１が軸７を中心とした同心円上の各位置に、取り付けられるようになっている。図３に示す例では、７個の光学基板１１と１個のモニタ基板２１が回転テーブル２に取り付けられている。
【００６８】
また、スパッタ源３は、真空チャンバ１の下部において、回転テーブル２の回転に伴って光学基板１１及びモニタ基板２１と対向し得る２箇所の位置に、それぞれ配置されている。このようなスパッタ源は、そこから層を構成する成分の粒子を飛び出させ、光学基板１１及びモニタ基板２１の表面に当てて層を形成させるために用いる。本実施形態においては、このような２つのスパッタ源は互いに異なる成分の粒子が飛び出すようになっており、高屈折率の層を形成するための粒子と低屈折率の層を形成するための粒子がそれぞれ飛び出すように構成させている。
【００６９】
光学基板１１及びモニタ基板２１として、同じ基板が用いられ、例えば、ガラス基板等の透明な平板等が用いられる。モニタ基板２１は、膜厚測定用のダミーの基体であり、その上に成膜された膜の厚さを測定することにより、それと同条件で成膜される光学基板１１上の膜厚を間接的に測定するために用いるものである。
【００７０】
光学モニタ４は、投光器４ａと、投光器から照射されて窓１４ａ、光学基板１１又はモニタ基板２１、及び窓１４ｂを透過した光を分光して受光する受光器４ｂとから構成されたものであり、光学基板１１又はモニタ基板２１上に成膜された膜の分光透過率を測定し得るものである。光学モニタ４は、可視光域内の所定波長域、例えば、４００ｎｍ〜８５０ｎｍの分光透過率を測定するように構成されている。
【００７１】
また、図３〜４に示すスパッタ装置は、図５に示す、後述する動作を実現するため装置全体を制御するとともに所定の演算等を行う、例えばコンピュータ等で構成される制御・演算処理部１７と、使用者が指令やデータ等を制御・演算処理部１７に入力するための操作部１８と、ＣＲＴ等の表示部１９とを備えている。制御・演算処理部１７は、その内部にメモリ２０を有している。なお、内部メモリ２０に代えて外部メモリを用いてもよい。また、本実施形態のスパッタ装置は、周知の成膜装置と同様に、真空チャンバ１内を真空に引くためのポンプや、真空チャンバ１内に所定のガスを供給するガス供給部なども備えているが、その説明は省略する。
【００７２】
このようなスパッタ装置を用いた下地層の製造方法は、先ず、反射防止膜を実際に成膜する光学基板１１とモニタ基板２１とにスッパタにより層を成膜する。次に、可視域光学モニタ４を用いてモニタ基板２１上に形成される層の分光特性を測定する。これにより、モニタ基板２１上に形成された層の情報から間接的に光学基板１１に形成される層の膜厚や光学特性が把握される。次いで、このような分光特性の情報から成膜される層が目的の設計となるようにして成膜操作を繰り返す。このようにして目的の光学特性を有する層が積層された下地層を形成させることが可能となる。なお、このような方法を採用する場合においては、各層の分光特性を正確に把握するために、モニタ基板２１上の層の総膜厚又は層数が所定以上となったときにモニタ基板を新しいものに交換することが好ましい。このようにしてモニタ基板２１を随時交換しながら成膜することで、総膜厚及び層数が多い場合でもモニタ基板２１上に積層される層厚及び層数が所定以下に限定されるため、膜厚や光学特性を精度良く求めながら各層を成膜できる傾向にある。このようなスパッタ装置の動作について、図６を参照して更に詳細に説明する。なお、図６は、図３〜４に示すスパッタ装置の動作の一例を示す概略フローチャートである。
【００７３】
先ず、回転テーブル２に未成膜の基板１１及びモニタ基板２１を取り付けた状態で、成膜を開始する。そして、使用者が、操作部１８を操作して、初期設定を行う（ステップＳ１）。
【００７４】
このような初期設定では、事前の設計等に従って予め求めた所望の光学特性が得られるような各層の膜厚設定値、材質、層数ｙ（ｙ≧７）、成膜条件等を入力する。なお、制御・演算処理部１７に光学薄膜１２の設計機能を持たせ、使用者が所望の光学特性を入力すると、制御・演算処理部１７が、当該設計機能により、各層の膜厚設定値、材質、層数ｙ、成膜条件等を自動的に求めるようにすることも可能である。
【００７５】
次に、制御・演算処理部１７は、現在の層が基板１１側から数えて何番目の層であるかを示すカウント値ｘを１にセットする（ステップＳ２）。
【００７６】
次いで、制御・演算処理部１７の制御下で、ｘ番目の層の成膜を、当該層に対して設定されている膜厚設定値及び成膜条件等に基づいて、例えば時間管理で行う（ステップＳ３）。例えば、１番目の層の場合、ステップＳ１で設定された膜厚設定値に基づいて成膜されるが、２番目以降の層の場合、後述するステップＳ９で膜厚設定値が調整されていれば最新に調整された膜厚設定値に基づいて成膜される。成膜中は、回転テーブル２を回転させ、ｘ番目の層の材質に対応するスパッタ源３に対応して設けられたシャッター（図示せず）のみを開き、当該スパッタ源３からの粒子が光学基板１１及びモニタ基板２１上に堆積されるようにする。ｘ番目の層の成膜が終了すると、前記シャッターが閉じられる。
【００７７】
その後、制御・演算処理部１７の制御下において、膜の光学特性の測定が行われる（ステップＳ４）。なお、ステップＳ４においては、可視域光学モニタ４により、モニタ基板２１又は光学基板１１の可視域内の所定波長範囲の光に対する分光透過率が測定され、そのデータが、現在のカウント値ｘと関連づけてメモリ２０に記憶される。可視域光学モニタ４による光学特性の測定は、回転テーブル２が回転している状態でモニタ基板２１又は基板１１が投光器４ａと受光器４ｂとの間に位置しているときに行ってもよく、あるいは、モニタ基板２１又は光学基板１１が投光器４ａと受光器４ｂとの間に位置した状態にして回転テーブル２を停止させて行ってもよい。
【００７８】
ステップＳ４では、基本的に、モニタ基板２１及び光学基板１１のいずれの分光透過率特性を測定してもよい。また、使用者が、各層毎に任意に、モニタ基板２１及び光学基板１１うちのいずれの分光透過率特性を測定するかを、予め設定できるようにしてもよい。
【００７９】
制御・演算処理部１７は測定された分光透過率特性に基づいて、現在のｘ番目の層の膜厚を決定する（ステップＳ５）。なお、分光透過率特性の情報に基づいて膜厚を求める手法は特に制限されず、公知の手法を適宜採用することができる。
【００８０】
次いで、制御・演算処理部１７は、ｘ＝ｙであるか、すなわち最終層まで成膜が終了したか否かを判定する（ステップＳ６）。終了していなければ、ｘ番目までの層の、各層の各膜厚に基づいて、ｘ＋１番目以降の層（未成膜の層）の膜厚設定値を、最終的に得られる光学部材１０の光学特性が所望の光学特性となるように、最適化して調整する（ステップＳ７）。このような最適化は、例えば、公知の種々の手法に従って行うことができる。このステップＳ７で調整されたｘ＋１番目以降の層の膜厚設定値が、ｘ＋１番目以降の層の成膜の際のステップＳ３において用いられる。ステップＳ７の調整の後、層数のカウント値ｘを１だけカウントアップし（ステップＳ８）、ステップＳ３へ戻る。なお、カウント値ｘが所定値となった場合には、ステップＳ３に戻る前にモニタ基板２１を新たなものと入れ替えてもよい。
【００８１】
一方、ステップＳ８において最終層まで成膜が終了したと判定されると、メモリ２０に記憶されている、測定された分光透過率特性、及び、各ステップＳ５で決定された各層の膜厚が、関連づけられているカウント値ｘ（いずれの層が最上に成膜されときのデータかを示す情報）と共に、表示部１９に表示され、また、必要に応じて外部のパーソナルコンピュータ等へ出力され（ステップＳ９）、当該基板１１に対する光学薄膜１２の成膜を終了する。
【００８２】
以上、図３〜４に示すスパッタ装置を用いた下地層の製造方法を説明したが、このような下地層の製造方法は、上記方法に制限されるものではなく、目的とする設計を有する下地層を製造することが可能な公知の方法を適宜採用してもよい。例えば、下地層の製造方法としては、特開２００３−２４７０６８号公報に記載された装置及び方法等を利用してもよい。また、このようにして、光学基板上に下地層を製造した後、その下地層上に前述のような方法を採用して最表層を形成させることで、本発明の反射防止膜を製造することができる。
【００８３】
以上、本発明の反射防止膜について説明したが、以下、本発明の光学素子及び光学系の好適な実施形態について説明する。
【００８４】
先ず、本発明の光学素子について説明する。本発明の光学素子は、光学基板と、前記光学基板の光学面上に形成された上記本発明の反射防止膜とを備えるものである。
【００８５】
本発明にかかる光学基板は、上記本発明の反射防止膜において説明したものと同様のものである。このような本発明の光学素子は、光学基板上に上記本発明の反射防止膜が形成されているため、広い波長範囲において十分に高度な反射防止性能を発揮することが可能である。そのため、本発明の光学素子は、結合光学系や観察光学系に用いる光学素子として特に有用である。例えば、本発明の光学素子をデジタルスチルカメラの光学系に利用した場合には、可視光域の光に対して十分な反射防止性能を発揮させることが可能であるため、ゴーストやフレアの発生を十分に防止することが可能となる。
【００８６】
次に、本発明の光学系について説明する。本発明の光学系は、物体と像面との間に配置された光学素子を備える光学系であって、前記光学素子のうちの少なくとも１つが上記本発明の光学素子であるものである。
【００８７】
このような本発明の光学系としては、中心設計波長λ０が５５０ｎｍであることが好ましい。これにより可視光域の光に対して用いられる光学系として好適に用いることが可能となる。
【００８８】
また、上記本発明の光学系としては、結像光学系又は観察光学系として用いられることが好ましい。このような結像光学系としては特に制限されず、例えば、デジタルスチルカメラの光学系等が好適に挙げられる。また、前記観察光学系としても特に制限されず、例えば、顕微鏡の光学系等が挙げられる。
【００８９】
以下、このような光学系の好適な一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００９０】
図７は、本発明の光学系の好適な一実施形態である結像光学系の概略断面図である。図７に示す光学系は、焦点距離が１８ｍｍ〜３５ｍｍまで連続的に変化するカメラ用ズームレンズとして用いられるものであり、物体側から順に保護ガラスとして使用される平行平面板Ｆ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３を貼り合わせた接合レンズ、両凹レンズＬ４、両凸レンズＬ５、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と両凸レンズＬ７を貼り合わせた接合レンズ、開口絞りＰ、両凸レンズＬ８と両凹レンズＬ９を貼り合わせた接合レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と両凸レンズＬ１１を貼り合わせた接合レンズ、及び、両凸レンズＬ１２から構成され、像面Ｉに物体の像を結像する。また、図７中の符号ｆ１〜ｆ２１は、各レンズの面を示すものである。
【００９１】
このような結像光学系において、負メニスカスレンズＬ２の物体側の面ｆ３（表２中の面番号３）は非球面形状に形成されている。このような非球面形状としては、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離をｘ（ｙ）とし、ｒを近軸曲率半径（基準球面の曲率半径）とし、κを円錐曲線定数とし、Ｃnをｎ次の非球面係数とした場合に、ｘ（ｙ）が下記式：
x(y)=(y2/r)・(1+(1-κ(y2/r2))1/2)+C4y4+C6y6+C8y8+C10y10
で表されるものであることが好ましい。
【００９２】
図７に示す結像光学系の各レンズの諸元を表２に示す。なお、表２中の面番号１〜２１は、それぞれ図７に示す符号ｆ１〜ｆ２１に対応する。また、ｒはレンズ面の曲率半径を、ｄはレンズ面の間隔を、νｄはｄ線に対するアッベ数を、ｎｄはｄ線に対する各レンズの屈折率を、ｆは焦点距離を、Ｂｆはバックフォーカスをそれぞれ示す。更に、以下の諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さの単位は、特記が無い場合「ｍｍ」とする。なお、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることもできる。また、非球面係数Ｃn（ｎ＝４，６，８，１０）において、「Ｅ−０９」等は「×１０-09」等を表す。さらに、表２中において、非球面の光学面には面番号の右側に＊印を付している。
【００９３】
【表２】
2009008901.tif 000003
【００９４】
また、図７に示す結像光学系においては、物体側から入射した光線Ｒと光軸Ａとのなす角度（入射角度）が４５度の場合について検討すると、入射光は負メニスカスレンズＬ２の物体側の面ｆ３（第１番目のゴースト発生面でありその表２中の面番号は３）で反射し、その反射光は負メニスカスレンズＬ１の像側の面ｆ２（第２番目のゴースト発生面でありその表２中の面番号は２）で再度反射して像面Ｉに到達し、ゴーストを発生させる。なお、本実施形態においては、開口絞りＰはレンズの明るさを示すＦナンバーに換算して２２まで絞ってある場合を示している。
【００９５】
ここで、ゴースト発生面での光線Ｒの入射角度を検討すると、第１番目のゴースト発生面ｆ３（面番号３）に入射する光線Ｒの入射角度は約６０度となり、第１番目のゴースト発生面で反射して第２番目のゴースト発生面ｆ２（面番号２）に入射する光線Ｒの入射角度は約２５度となる。ゴースト発生面である面番号２又は面番号３の光学面上に上述の本発明の反射防止膜を積層させることにより、波長域が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光線の反射率を十分に低くすることが可能となる。なお、このような結像光学系における反射率は、第１番目のゴースト発生面ｆ３（面番号３：レンズＬ２上の面）での反射率と第２番目のゴースト発生面ｆ２（面番号２：レンズＬ１上の面）での反射率の積である。そのため、レンズＬ１又はＬ２に上記本発明の光学素子を用いることで、ゴーストとして像面Ｉに達する光線を低減させることが可能となる。また、このような結像光学系の最も物体側に位置する平行平面板Ｆの像側の面で発生するゴーストも、前記像側の面に上記本発明の反射防止膜を形成することにより効果的に防止できる。従って、ゴーストやフレアを十分に防止するという観点からは、平行平面板Ｆにも本発明の光学素子を用いることが好ましい。
【００９６】
このように、図７に示す光学系においては、少なくとも一つのレンズ又は平行平面板に本発明の光学素子を用いることで、ゴーストやフレアを十分に防止することが可能となる。そして、より高度な水準でゴーストやフレアを防止し、しかも反射による光の損失をより確実に抑制するという観点からは、全てのレンズ及び平行平面板に本発明の光学素子を用いることが特に好ましい。
【００９７】
以上、本発明の光学系の好適な実施形態を説明したが、本発明の光学系は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記図７に示す光学系は、像面側に接眼レンズを設けて観察光学系として用いてもよい。このような観察光学系によれば、ゴーストやフレアが抑えられたシャープな像を観察することが可能となる。また、光学系の設計も特に制限されず、レンズの数やレンズの形状等を適宜変化させて目的とする設計に変更することができる。そして、本発明の光学系は、上述のような写真用の光学系の他、双眼鏡、望遠鏡、顕微鏡等の光学系にも好適に用いることができる。
【実施例】
【００９８】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００９９】
（実施例１）
表３に示すような８層構成の本発明の反射防止膜を製造した。なお、このような反射防止膜においては、媒質側から数えて第１層目が最表層であり、最表層はフッ化マグネシウムと酸化ケイ素の複合体とした。また、第３層、第５層、第７層の膜物質は酸化ケイ素とし、第２層、第４層、第６層、第８層が酸化ニオブとした。また、設計中心波長λ０は５５０ｎｍとした。
【０１００】
更に、媒質側から数えて第２層から第８層まではスパッタリング法を採用してそれぞれ成膜した。具体的には、第２〜８層（下地層）は、表３に示す光学膜厚等を達成するために、上述の図３〜４に示すスパッタ装置を用いて成膜した。
【０１０１】
また、第１層（最表層）はゾル−ゲル法を採用して成膜した。具体的には、先ず、Ｆ／Ｍｇ比が１．９９０となるようにしてマグネシウム酢酸塩のメタノール溶液とフッ化水素酸のメタノール溶液とを混合してフッ化マグネシウムのゾルを調製し、得られたゾルに対して０．９６ＭＰａ、１３５℃の条件で２４時間、高温高圧処理を施した。次に、ケイ素の濃度がＳｉＯ２換算濃度で２．０質量％となるようにしてテトラエトキシシランを含有する酸化ケイ素前駆体溶液（溶媒：メタノール、エタノール混合）を調製した。その後、前記ゾル溶液と前記酸化ケイ素前駆体溶液とを混合し、得られた混合物を前記下地層上にスピンコート法により塗布し、１６０℃で１時間熱処理した製造した（１回塗布法を採用）。なお、光学基板としては、屈折率１．４９９である光学ガラス製のクサビ形状基板を用いた。
【０１０２】
【表３】
2009008901.tif 000004
【０１０３】
〈実施例１で得られた反射防止膜の特性の評価〉
実施例１で得られた反射防止膜に対して、波長範囲３５０〜８００ｎｍの光を入射角５°の条件で入射させて反射率を測定した。なお、このような反射率の測定には、測定装置として株式会社日立ハイテクノロジーズ社製の商品名「Ｕ４１００分光光度計を使用した。実施例１で得られた反射防止膜の光の反射率と、光の波長との関係を示すグラフを図８に示す。
【０１０４】
図８に示す結果からも明らかなように、本発明の反射防止膜（実施例１）においては、４１８〜６７５ｎｍの広い波長範囲に渡り反射率が０．０３％以下であることが確認され、さらに広い４１０〜７０７ｎｍの波長範囲では０．１％以下であることが確認された。  このような結果から、本発明の反射防止膜は、設計中心波長λ０は５５０ｎｍとした場合に、極めて優れた反射防止特性を有することが確認された。
【０１０５】
（参考例１）
表４に、８層からなる本発明の反射防止膜の膜構成を示す。なお、媒質側から数えて第２層から第８層まではスパッタリング法を採用し、第１層はゾル−ゲル法を採用して成膜する。また、このような反射防止膜においては、媒質側から数えて第１層目（最表層）の膜物質はフッ化マグネシウムと酸化ケイ素の複合体とする。また、第３層、第５層、第７層の膜物質は酸化ケイ素とし、第２層、第４層、第６層、第８層の膜物質は酸化ニオブとする。また、設計中心波長λ０は５５０ｎｍとする。さらに、光学基板としては、屈折率１．５１９である光学ガラス製のクサビ形状基板を用いる。
【０１０６】
【表４】
2009008901.tif 000005
【０１０７】
〈参考例１で得られる反射防止膜の特性の評価〉
参考例１で得られる反射防止膜に対して、波長範囲３５０〜８００ｎｍの光を入射角５°の条件で入射させた際の反射率を計算により求めた。参考例１で得られる反射防止膜の反射率特性（入射角５°）を示すグラフを図９に示す。なお、このような反射率の測定には、測定装置として株式会社日立ハイテクノロジーズ社製の商品名「Ｕ４１００分光光度計」を使用することができる。図９に示すグラフから、参考例１で得られる本発明の反射防止膜は、入射角５°において、４０５〜６９５ｎｍの広い波長範囲の光に対する反射率が０．０３％以下となり、極めて優れた反射防止特性を発揮できることが分かる。
【０１０８】
次に、参考例１で得られる反射防止膜に対して、波長範囲３５０〜８００ｎｍの光を入射角６０°の条件で入射させた際の反射率を計算により求めた。参考例１で得られる反射防止膜の反射率特性（入射角６０°）を示すグラフを図１０に示す。図１０に示すグラフから、本発明の反射防止膜は、入射角６０°で入射する光線に対する反射率が、波長４００〜７００ｎｍの範囲で３．７％以下となり、十分に優れた反射防止効果を発揮できることが分かる。
【０１０９】
（比較参考例１）
表５に、８層からなる比較のための反射防止膜の膜構成を示す。なお、全ての層はスパッタリング法を採用して成膜する。また、第１層、第３層、第５層および第７層の膜物質は酸化ケイ素とし、第２層、第４層、第６層および第８層の膜物質は酸化ニオブとする。また、比較のための反射防止膜も参考例１と同様に設計中心波長λ０は５５０ｎｍとする。さらに、光学基板は、参考例１と同じ基板を用いる。
【０１１０】
【表５】
2009008901.tif 000006
【０１１１】
〈比較参考例１で得られる反射防止膜の特性の評価〉
比較参考例１で得られる反射防止膜に対して、波長範囲３５０〜８００ｎｍの光を入射角５°の条件で入射させた際の反射率を計算により求めた。比較参考例１で得られる反射防止膜の反射率特性（入射角５°）を示すグラフを図１１に示す。図１１と図９とを比較すると、比較参考例１で得られる反射防止膜の反射防止帯域は狭く、反射率も０．１６％以下にはならないことが分かる。
【０１１２】
次に、比較参考例１で得られた反射防止膜に対して、波長範囲３５０〜８００ｎｍの光を入射角６０°の条件で入射させた際の反射率を計算により求めた。比較参考例１で得られる反射防止膜の反射率特性（入射角６０°）を示すグラフを図１２に示す。図１２と図１０とを比較すると、比較参考例１で得られる反射防止膜は、参考例１で得られる反射防止膜よりも各波長での反射率が２〜４％高く、特に長波長側での反射率差が大きくなることが分かる。
【０１１３】
（参考例２）
表６に、１０層からなる本発明の反射防止膜の膜構成を示す。なお、媒質側から数えて第２層から第１０層まではスパッタリング法を採用し、第１層はゾル−ゲル法を採用して成膜する。また、第３層、第５層、第７層、第９層の膜物質は酸化ケイ素とし、第２層、第４層、第６層、第８層、第１０層が酸化ニオブ、第一層がフッ化マグネシウムと酸化ケイ素とする。なお、設計中心波長λ０は５５０ｎｍとする。さらに、光学基板は、参考例１と同じ基板を用いる。
【０１１４】
【表６】
2009008901.tif 000007
【０１１５】
〈参考例２で得られる反射防止膜の特性の評価〉
参考例２で得られる反射防止膜に対して、波長範囲３５０〜８００ｎｍの光を入射角５°の条件で入射させた際の反射率を計算により求めた。参考例２で得られる反射防止膜の反射率特性（入射角５°）を示すグラフを図１３に示す。図１３に示すグラフから、参考例２で得られる反射防止膜においては、参考例１と同様に、４０８〜７０４ｎｍの広い波長範囲に渡り反射率が０．０３％以下となり、極めて優れた反射防止特性を発揮できることが分かる。
【０１１６】
次に、入射角６０°の条件で入射する波長範囲３５０〜８００ｎｍの光に対する実施例２で得られる反射防止膜の光の反射率を計算により求めた。参考例２で得られる反射防止膜の反射率特性（入射角６０℃）を示すグラフを図１４に示す。図１４に示すグラフから、実施例２で得られる反射防止膜においては、参考例１と同様に、波長４００〜７００ｎｍにおける反射率が３．７％以下となり、優れた反射防止効果を発揮できることが分かる。
【０１１７】
（比較参考例２）
表７に、７層からなる比較のための反射防止膜の膜構成を示す。なお、媒質側から数えて第２層から第７層まではスパッタリング法、第１層はゾル−ゲル法によって成膜する。また、最表層の膜物質はフッ化マグネシウムと酸化ケイ素の複合体とする。さらに、第３層、第５層、第７層の膜物質は酸化ニオブとし、第２層、第４層、第６層の膜物質は酸化ケイ素とする。なお、設計中心波長λ０は５５０ｎｍとする。さらに、光学基板は、参考例１と同じ基板を用いる。
【０１１８】
【表７】
2009008901.tif 000008
【０１１９】
〈比較参考例２で得られる反射防止膜の特性の評価〉
比較参考例２で得られる反射防止膜に対して、波長範囲３５０〜８００ｎｍの光を入射角５°の条件で入射させた際の反射率を計算により求めた。比較参考例２で得られる反射防止膜の反射率特性（入射角５°）を示すグラフを図１５に示す。図１５と図９とを比較すると、比較参考例２で得られた反射防止膜においては、反射防止帯域が狭く、中心波長５５０ｎｍに対し±１４０ｎｍの範囲（４１０ｎｍ〜６９０ｎｍの範囲）において、短波長端、長波長端での反射率が０．１％以下とならないことが分かる。
【０１２０】
次に、比較参考例１で得られる反射防止膜に対して、波長範囲３５０〜８００ｎｍの光を入射角６０°の条件で入射させた際の反射率を計算により求めた。比較参考例２で得られる反射防止膜の反射率特性（入射角６０°）を示すグラフを図１６に示す。図１６と図１０とを比較すると、比較参考例２で得られた反射防止膜においては、０°入射の場合と同様に、反射防止帯域が狭く、特に６２０ｎｍ以上の長波長域では反射が高くなるため、反射色が赤く見える問題が発生することが分かる。
【０１２１】
このような結果から、本発明の反射防止膜は、設計中心波長λ０は５５０ｎｍとした場合に、可視光域の広い範囲の光線に対して十分に優れた反射防止効果を有することが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
以上説明したように、本発明の実施例によれば、広い波長範囲において十分に高度な反射防止性能を発揮することが可能な反射防止膜、その反射防止膜を用いた光学素子、並びに、その光学素子を備える光学系を提供することが可能となる。したがって、本発明の実施例の反射防止膜は、可視光域において用いられるデジタルスチルカメラ、双眼鏡、望遠鏡、顕微鏡等の光学系に用いる光学素子用の反射防止膜として特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）の構成を示す概略構成図である。
【図２】撮像素子やフィルター類における光の表面反射や後方散乱の状態を示す概念図であり、図２（ａ）が前記光の表面反射の状態を示し、図２（ｂ）が前記光の後方散乱の状態を示す。
【図３】下地層を製造するのに好適なスパッタ装置の一実施形態を下から見た状態を模式的に示す模式図である。
【図４】図３に示すスパッタ装置のＡ−Ａ’断面図である。
【図５】図３に示すスパッタ装置の制御系統の要部を示す概略ブロック図である。
【図６】図３に示すスパッタ装置の動作の一例を示す概略フローチャートである。
【図７】本発明の光学系の好適な一実施形態を示す概略断面図である。
【図８】膜に対する光の入射角５°の条件での実施例１で得られた反射防止膜の光の反射率と光の波長との関係を示すグラフである。
【図９】膜に対する光の入射角が５°の条件での参考例１で得られる反射防止膜の光の反射率と光の波長との関係を示すグラフである。
【図１０】膜に対する光の入射角が６０°の条件での参考例１で得られる反射防止膜の光の反射率と光の波長との関係を示すグラフである。
【図１１】膜に対する光の入射角が５°の条件での比較参考例１で得られる反射防止膜の光の反射率と光の波長との関係を示すグラフである。
【図１２】膜に対する光の入射角が６０°の条件での比較参考例１で得られる反射防止膜の光の反射率と光の波長との関係を示すグラフである。
【図１３】膜に対する光の入射角が５°の条件での参考例２で得られる反射防止膜の光の反射率と光の波長との関係を示すグラフである。
【図１４】膜に対する光の入射角が６０°の条件での参考例２で得られる反射防止膜の光の反射率と光の波長との関係を示すグラフである。
【図１５】膜に対する光の入射角が５°の条件での比較参考例２で得られる反射防止膜の光の反射率と光の波長との関係を示すグラフである。
【図１６】膜に対する光の入射角が６０°の条件での比較参考例２で得られる反射防止膜の光の反射率と光の波長との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２４】
１…真空チャンバ、２…回転テーブル、３…スパッタ源、４…光学モニタ、４ａ…投光器、４ｂ…受光器、７…回転軸、１１…光学基板、１４ａ…窓、１４ｂ…窓、１７…制御・演算処理部、１８…操作部と、１９…表示部、２０…メモリ、２１…モニタ基板、Ｆ…平行平面板、１００…デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）、１０１…撮像素子、１０２…ローパスフィルター、１０３…赤外カットフィルター、Ｌ１〜３…負メニスカスレンズ、Ｌ４…両凹レンズ、Ｌ５…両凸レンズ、Ｌ６…負メニスカスレンズ、Ｌ７…両凸レンズ、Ｌ８…両凸レンズ、Ｌ９…両凹レンズ、Ｌ１０…負メニスカスレンズ、Ｌ１１…両凸レンズ、Ｌ１２…両凸レンズ、Ｐ…開口絞り、Ｉ…像面、ｆ１〜ｆ２１…レンズＬ１〜Ｌ１２のそれぞれの面。
【図１】
2009008901.tif 000009
【図２】
2009008901.tif 000010
【図３】
2009008901.tif 000011
【図４】
2009008901.tif 000012
【図５】
2009008901.tif 000013
【図６】
2009008901.tif 000014
【図７】
2009008901.tif 000015
【図８】
2009008901.tif 000016
【図９】
2009008901.tif 000017
【図１０】
2009008901.tif 000018
【図１１】
2009008901.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
2009008901.tif 000021
【図１４】
2009008901.tif 000022
【図１５】
2009008901.tif 000023
【図１６】
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