(57)【要約】  光学部品のダウンサイズのための高屈折率の光学材料に使用でき、また、層数が少なくまた層の厚さが大きいことにより膜厚制御が容易で製造加工が複雑でなく、製造コストを低く押さえることができる反射防止膜を提供すること。  可視域内及び近傍の波長範囲内の任意の設計基準波長λにおいて、屈折率１．９０≦ｎs≦２．１０の基板上に、                  屈折率                          光学的膜厚  第１層    １．５４≦ｎ1≦２．００    ０．４６５λ≦ｎ1ｄ1≦０．５７５λ  第２層    １．９５≦ｎ2≦２．６３    ０．４９０λ≦ｎ2ｄ2≦０．５０８λ  第３層    １．３５≦ｎ3≦１．５５    ０．２４５λ≦ｎ3ｄ3≦０．２５５λの３層を設けたことを特徴とする反射防止膜。【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視域内及び近傍の波長範囲内の任意の設計基準波長λにおいて、前記基板上に基板に近い順に、
屈折率ｎ                        光学的膜厚ｎｄ
基板      １．９０≦ｎs≦２．１０
第１層    １．５４≦ｎ1≦２．００    ０．４６５λ≦ｎ1ｄ1≦０．５7５λ
第２層    １．９５≦ｎ2≦２．６３    ０．４９０λ≦ｎ2ｄ2≦０．５０８λ
第３層    １．３５≦ｎ3≦１．５５    ０．２４５λ≦ｎ3ｄ3≦０．２５５λ
の３層からなることを特徴とする反射防止膜。
【請求項２】
前記第１層ないし第３層の屈折率ｎが、
ｎ3＜ｎ1＜ｎ2、または
ｎ1＜ｎs＜ｎ2
であることを特徴とする請求項１記載の反射防止膜。
【請求項３】
前記第１層ないし第３層が、スパッタリング、イオンアシスト、イオンプレーテイングのいずれかで形成された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】
前記第１層の材料が、Y2O3及びAl2O3のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載の反射防止膜。
【請求項５】
前記第２層の材料が、ZrO2+TiO2混合物、TiO2、Ta2O5、Nb2O5なのうちのいずれかである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６】
前記第３層の材料が、SiO2及びMgF2のうちのいずれかである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７】
屈折率１．９０以上の光学材料からなる基板に形成する反射防止膜であって、
Y2O3（三酸化イットリウム）、Al2O3（三酸化アルミニウム）から選択され、第３層より厚い光学的膜厚で前記基板上に形成された第１層と、
ＺｒＯ2（二酸化ジルコニウム），ＴｉＯ2（二酸化チタン）、又はこれらの化合物、Ｔａ2Ｏ5（五酸化タンタル）、Ｎｂ2Ｏ5（五酸化二オブ）から選択され、第３層より厚い光学的膜厚で前記基板上に形成された第２層と、
ＳｉＯ2（二酸化珪素）、ＭｇＦ2（フッ化マグネシウム）、ＣａＦ2（フッ化カルシウム）から選択された第３層とからなることを特徴とする反射防止膜。
【請求項８】
前記第１層ないし第３層が、スパッタリング、イオンアシスト、イオンプレーテイングのいずれかで形成されたことを特徴とする請求項７記載の反射防止膜。
【請求項９】
基板の屈折率ｎsが２．１０以下であり、第１層の屈折率ｎ1が前記屈折率ｎsより低く、第２層の屈折率ｎ2が前記屈折率ｎsより高く、第３層の屈折率ｎ3が前記屈折率ｎsより低い反射防止膜であって、
可視領域における反射率特性の最大値が０．５％以下であることを特徴とする反射防止膜。
【請求項１０】
前記反射率特性が、可視光領域の短波長側端部及び長波長側端部において急峻に立ち上がっていることを特徴とする請求項９記載の反射防止膜。
【請求項１１】
前記第１層の光学的膜厚ｎ1ｄ1が前記第３層の光学的膜厚ｎ3ｄ3の２倍であり、前記第２層の光学的膜厚ｎ2ｄ2が前記第３層の光学的膜厚ｎ3ｄ3の２倍であることを特徴とする請求項１１、２、６、８ないし１０のうちの１項に記載の反射防止膜。
【請求項１２】
前記第３層の屈折率ｎ3が、前記基板の屈折率ｎs、前記第１層の屈折率ｎ1、前記第２層の屈折率ｎ2のいずれよりも低いことを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の反射防止膜。
【請求項１３】
前記第１層の屈折率ｎ1が、前記基板の屈折率ｎs、前記第２層の屈折率ｎ2、前記第３層の屈折率ｎ3のいずれよりも低いことを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の反射防止膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板屈折率１．９ないし２．１の光学部品に施される反射防止膜に関する。
装置、器械の小型化は、限度のない需要者の強い要望であり、そのためそこに含まれる光学部品のダウンサイズは光学設計の重要な命題である。光学部品のダウンサイズのためには、高屈折率の光学材料を使用することが要求され、反射防止性能が高く加工コストが低い高屈折率の光学材料の反射防止膜が要望されている。
【背景技術】
【０００２】
従来の反射防止膜としては、可視域近傍の波長範囲内の任意の設計基準波長において、屈折率が１．４ないし１．９の基板上に７層の構成膜からなるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この膜構成は、薄い膜を含んでおらず、光学的不均質や膜厚の製造誤差が生じ難くかつ可視光全域において優れた反射防止効果を奏するものである。【０００３】
従来の他の反射防止膜として、２．０以上の高屈折率の基板に積層された６層の薄膜なる交互多層膜を有し、該交互多層膜の前記基板側から第１層、第３層、第５層が前記基板より屈折率の低い高屈折率層であり、第２層及び第４層がそれぞれ中屈折率層または低屈折率層であり、第６層が低屈折率層である反射防止膜が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この反射防止膜によれば、可視域全域の波長４００ｎｍないし７００ｎｍにおける反射率を０．５％以下に下げることができる。【０００４】
従来の他の反射防止膜として、３層の誘電体多層膜からなり、主として空気である入射媒質から光学部品基体表面に向かって、第１層、第２層、第３層の膜の屈折率ｎ1、ｎ2、ｎ3について、
ｎ1＜ｎ2＜ｎ3
であり、光学膜厚ｎ1ｄ1、ｎ2ｄ2、ｎ3ｄ3が設計波長に関する所定の関係である反射防止膜が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この反射膜は、光学部品基体上に３層の薄膜を積層するだけで可視光の広帯域で表面反射率を低く押さえることができ、また、加工手段も複雑でなく、製造コストを低く押さえることができる。【０００５】
従来の反射防止膜を有する光学素子として、反射防止膜が、中間屈折率層と、中間屈折率層の上に形成された高屈折率層と、高屈折率層の上に形成された低屈折率層からなり、中間屈折率層は高屈折率層の材料と低屈折率層の材料の混合からなるものが提案されている（例えば、特許文献４参照）。これは、可視光領域における反射率と設計中心波長にある反射率のピーク値が基板の屈折率に依存しないで小さい特徴がある。【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２０１０２号  特許請求の範囲、実施例
【特許文献２】特開２０００−３４７００２号  特許請求の範囲、実施例
【特許文献３】特開平４−２６０００１号  特許請求の範囲、実施例
【特許文献４】特開２００３−２０２４０５号  特許請求の範囲、実施例
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された反射防止膜は、可視域近傍の波長範囲内の任意の設計基準波長において、屈折率が１．４ないし１．９の基板上に７層という多層の構成膜であるが、屈折率２．０以上では反射率が１５％ないし２０％になってしまう問題がある。【０００８】
特許文献２に開示された反射防止膜は、２．０以上の高屈折率の基板に積層されたものであるが、６層と多層であり、製造コストが高い問題がある。【０００９】
特許文献３に開示された反射防止膜は、３層の誘電体多層膜からなり、光学部品基体上に３層の薄膜を積層するだけで可視光の広帯域で表面反射率を低く押さえることができ、また、加工手段も複雑でなく、製造コストを低く押さえることができる。しかし、この屈折率構成および膜厚構成では、基板屈折率１．９０以上において、可視域４００ｎｍないし７００ｎｍの反射率を１％以下にはできず、可視域での反射防止効果が不充分である問題がある。【００１０】
特許文献４に開示された光学素子の反射防止膜は、中間屈折率層と、中間屈折率層の上に形成された高屈折率層と、高屈折率層の上に形成された低屈折率層からなる３層である。しかし、この膜厚構成すなわち基板-0.25λ-0.5λ-0.25λ-空気では、基板屈折率１．９０以上において、可視域４００ｎｍないし７００ｎｍの反射率を１％以下にはできず、可視域での反射防止効果が不充分である問題がある。【００１１】
（発明の目的）
本発明は、従来の反射防止膜の上述した問題点に鑑みてなされたものであって、例えば、光学部品のダウンサイズのための高屈折率の光学材料に使用できる、反射防止機能が高い反射防止膜を提供することを目的とする。
本発明はまた、層数が少なくまた層の厚さが大きいことにより膜厚制御が容易で製造加工が複雑でなく、製造コストを低く押さえることができる反射防止膜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】
【００１２】
第１発明は、
可視域内及び近傍の波長範囲内の任意の設計基準波長λにおいて、前記基板上に基板に近い順に、
屈折率ｎ                        光学的膜厚ｎｄ
基板      １．９０≦ｎs≦２．１０
第１層    １．５４≦ｎ1≦２．００    ０．４６５λ≦ｎ1ｄ1≦０．５7５λ
第２層    １．９５≦ｎ2≦２．６３    ０．４９０λ≦ｎ2ｄ2≦０．５０８λ
第３層    １．３５≦ｎ3≦１．５５    ０．２４５λ≦ｎ3ｄ3≦０．２５５λ
の３層からなることを特徴とする反射防止膜である。【００１３】
第１発明の実施態様は、以下のとおりである。
ｎ3＜ｎ1＜ｎ2、または
ｎ1＜ｎs＜ｎ2
であることを特徴とする。
前記第１層の材料が、Y2O3及びAl2O3のうちのいずれかであることを特徴とする。
前記第２層の材料が、ZrO2+TiO2混合物、TiO2、Ta2O5、Nb2O5なのうちのいずれかであることを特徴とする。
前記第３層の材料が、SiO2及びMgF2のうちのいずれかであることを特徴とする。
前記第１層ないし第３層が、スパッタリング、イオンアシスト、イオンプレーテイングのいずれかで形成されたことを特徴とする。【００１４】
第２発明は、
屈折率１．９０以上の光学材料からなる基板に形成する反射防止膜であって、
Y2O3（三酸化イットリウム）、Al2O3（三酸化アルミニウム）から選択され、第３層より厚い光学的膜厚で前記基板上に形成された第１層と、
ＺｒＯ2（二酸化ジルコニウム），ＴｉＯ2（二酸化チタン）、又はこれらの化合物、Ｔａ2Ｏ5（五酸化タンタル）、Ｎｂ2Ｏ5（五酸化二オブ）から選択され、第３層より厚い光学的膜厚で前記基板上に形成された第２層と、
ＳｉＯ2（二酸化珪素）、ＭｇＦ2（フッ化マグネシウム）、ＣａＦ2（フッ化カルシウム）から選択された第３層とからなることを特徴とする反射防止膜である。
第２発明の実施態様は、前記第１層ないし第３層が、スパッタリング、イオンアシスト、イオンプレーテイングのいずれかで形成されたことを特徴とする。【００１５】
第３発明は、
基板の屈折率ｎsが２．１０以下であり、第１層の屈折率ｎ1が前記屈折率ｎsより低く、第２層の屈折率ｎ2が前記屈折率ｎsより高く、第３層の屈折率ｎ3が前記屈折率ｎsより低い反射防止膜であって、
可視領域における反射率特性の最大値が０．５％以下であることを特徴とする反射防止膜である。【００１６】
第３発明の実施態様は、以下のとおりである。
前記反射率特性が、可視光領域の短波長側端部及び長波長側端部において急峻に立ち上がっていることを特徴とする。
前記第１層の光学的膜厚ｎ1ｄ1が前記第３層の光学的膜厚ｎ3ｄ3の２倍であり、前記第２層の光学的膜厚ｎ2ｄ2が前記第３層の光学的膜厚ｎ3ｄ3の２倍であることを特徴とする。
前記第３層の屈折率ｎ3が、前記基板の屈折率ｎs、前記第１層の屈折率ｎ1、前記第２層の屈折率ｎ2のいずれよりも低いことを特徴とする。
前記第１層の屈折率ｎ1が、前記基板の屈折率ｎs、前記第２層の屈折率ｎ2、前記第３層の屈折率ｎ3のいずれよりも低いことを特徴とする。【００１７】
（発明の作用）
本発明の第１層の屈折率に関する下限を超えると、可視域全域での反射率が上がるという問題があり、上限を超えると、可視域反射帯帯域幅が狭くなるという問題がある。第１層の光学的膜厚に関する下限を超えると、可視域５２０ないし６５０ｎｍのピーク反射率が０．５％より高くなるという問題があり、上限を超えると、可視域４５０ないし５００ｎｍのピーク反射率が０．５％より高くなるという問題がある。【００１８】
本発明の第２層の屈折率に関する下限を超えると、可視域４２０ないし４６０ｎｍ及び５７０ないし６５０ｎｍのピーク反射率が０．５％より高くなるという問題があり、上限を超えると、可視域反射帯帯域幅が狭くなるという問題がある。第２層の光学的膜厚に関する下限を超えると、可視域４２０ないし４７０ｎｍのピーク反射率が０．５％より高くなるという問題があり、上限を超えると，５５０ないし６２０ｎｍのピーク反射率が０．５％より高くなるという問題がある。【００１９】
本発明の第３層の屈折率に関する下限を超えると、可視域反射帯帯域幅が狭くなるという問題があり、上限を超えると、可視域全体での反射率が高くなるという問題がある。第３層の光学的膜厚に関する下限を超えると、５５０ないし６２０ｎｍのピーク反射率が高くなるという問題があり、上限を超えると、可視域４２０ないし４７０ｎｍのピーク反射率が高くなるという問題がある。【００２０】
本発明の条件ｎ3＜ｎ1＜ｎ2は、少ない層数で可視域全体にわたり反射防止効果を得るための条件であり、この条件を外れると、反射帯帯域幅が狭くなったり、局所的に反射率が高く、カラーバランスの悪い反射特性になるという問題がある。【００２１】
本発明の条件ｎ1＜ｎs＜ｎ2は、反射帯帯域幅と反射率のバランスを決めるための条件条件であり、この条件を外れると、反射率は低いが、反射帯帯域幅は狭い特性になるか、または反射帯帯域幅は広いが、反射率が高い特性になるという問題がある。即ち、本発明によれば、各層における最適な屈折率、膜厚、材質を設定、組み合わせ創作したことにより、可視光域の反射率に関して、可視域反射帯帯域幅を広くし、且つ可視光領域での反射率を低減することができ、ピーク値でも約０．５％以下、平均値でも約０．２％以下に抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の反射防止膜は、光学部品のダウンサイズのための高屈折率の光学材料に使用できる、反射防止機能が高い反射防止膜を構成できる効果を有する。
本発明の反射防止膜はまた、層数が少なくまた層の厚さが大きいことにより膜厚制御が容易で製造加工が複雑でなく、製造コストを低く押さえることができる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に発明を実施するための最良の形態について、図に基づいて説明する。可視域内及び近傍の波長範囲内の任意の設計基準波長λにおいて、図１に示すように、基板１に、基板上に基板に近い順に、中屈折率層である第１層２、高屈折率層である第２層３、低屈折率層である第３層４を設ける。【００２４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の反射防止膜は、基板屈折率１．９０、λ=５１０ｎｍであり、次表のとおりである。
【表１】
2005116696.tif 000002
【００２５】
第１実施態様の反射防止膜の入射角度０°ないし１０°の反射率を、図２に示す。図２の実線の反射率特性曲線によって示すように、可視光領域における短波長側、長波長側の反射率を低減させる効果があり、その両側の短波長側、長波長側の反射率特性の勾配を急峻にすることができる。これによって、可視光領域では、反射率を約０．５％以下に抑えることができ、しかも、平均的には約０．２％程度に抑えることができる。【００２６】
（比較例１）図２において、点線グラフＡは、第２層の屈折率２．５０とし、他の構成は第１実施形態と同一とした場合を示す。比較例１は、可視光透過帯域幅が狭くなり、ピーク値反射率が０．７％と高くなっている。
（比較例２）図２において、点線グラフＢは、基板屈折率を１．８０とし、他の構成は第１実施形態と同一とした場合を示す。比較例２は、比較例１に比較して、可視光透過帯域幅が若干改善されているが、ピーク値反射率が０．５％を超えている。
比較例１及び２から、第１実施形態の反射防止膜が、可視光透過帯域幅が広く、反射率のピークも現れておらず平坦化されており、しかも反射率が０．５％を下回っており、優れていることが理解できる。【００２７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、基板屈折率２．００、λ=５１０ｎｍであり、次表のとおりである。
【表２】
2005116696.tif 000003
【００２８】
第２実施態様の反射防止膜の入射角度０°ないし１０°の反射率を、図３に示す。第２実施形の反射防止膜は、基板の屈折率がより大きい２．００、第２層の屈折率が２．３５である。図３の実線における反射率特性曲線に示すように、可視光透過帯域幅において、比較的緩やかではあるが２つの山状を形成し、その反射率のピークがいずれも０．３％以下である。しかも、３つの谷状を形成している部分において顕著に反射率を低減させることができた。更に、可視光領域におけるその両側の短波長側、長波長側の特性曲線の勾配を急峻にすることができ、これによっても、反射率を低減させる効果がある。反射率は、平均的には約０．２％程度以下に抑えることができる。特に、可視光透過帯域幅では、反射率が山状のピーク値でも約０．３％以下である。【００２９】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、基板屈折率２．１０、λ=５１０ｎｍであり、次表のとおりである。
【表３】
2005116696.tif 000004
【００３０】
第３実施態様の反射防止膜の入射角度０°ないし１０°の反射率を、図４に示す。第３実施形態の反射防止膜は、基板屈折率２．１、第２層の屈折率２．４０、更に第２層の材料をＴｉＯ２にした。この第３実施形態の反射防止膜においては、前記第２実施形態の反射防止膜に比較して、可視光領域では２つの山状を形成し酷似する特性曲線ではあるが、その山状、谷状のピークの高低差が激しい特性曲線であり、谷状部分での反射率の低下が更に顕著となる。前述の短波長側、長波長側の特性曲線の勾配の急峻がより大きくなり、総合的に考察すると、可視光領域では反射率を、山状のピーク値でも約０．４％以下、平均でも約０．２％程度にすることができた。【００３１】
（第４実施態様）
本発明の第４実施態様は、基板屈折率２．００、λ=５１０ｎｍであり、次表のとおりである。
【表４】
2005116696.tif 000005
【００３２】
第４実施態様の反射防止膜の入射角度０°ないし１０°の反射率を、図５に示す。第４実施形態の反射防止膜は、基板の屈折率が２．００、第１層の屈折率が１．６３、第２層の屈折率が２．２３、第３層の屈折率が１．３９、第１層の材料がＡＩ２ｏ３、第２層の材料がＴａ２Ｏ５、第３層の材料がＭｇＦ２である。なを、第４実施形態の反射防止膜に係る図５に示す特性曲線は、前述した第２実施形態の反射防止膜に係る図３に示す特性曲線と、第３実施形態の反射防止膜に係る図４に示す特性曲線との丁度中間的な特性曲線を示すものである。第４実施形態の反射防止膜は、可視光透過帯域幅では、反射率が、山状のピーク値でも約０．４％以下、平均でも約０．２％程度であり、特徴的部分は前述し各実施形態と共通するので詳細な説明を省略する。【００３３】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態は、基板屈折率２．００、λ=５１０ｎｍであり、次表のとおりである。
【表５】
2005116696.tif 000006
【００３４】
第５実施態様の反射防止膜の入射角度０°ないし１０°の反射率を、図６に示す。第５実施形態の反射防止膜は、基板の屈折率２．００、第２層の屈折率２．１０の材料としてＺｒＯ2＋ＴｉＯ3混合物またはＣｅＯ2を使用した。この第５実施形態の反射防止膜においては、４００ｎｍないし７００ｎｍの可視透過光帯域全域において平均０．３％の低い反射率であった。【００３５】
（第６実施態様）
本発明の第６実施態様は、基板屈折率２．１０、λ=５１０ｎｍであり、次表のとおりである。
【表６】
2005116696.tif 000007
【００３６】
第６実施態様の反射防止膜の入射角度０°ないし１０°の反射率を、図７に示す。第６実施形態の反射防止膜は、基板の屈折率が２．１０、第２層の屈折率２．２３の材料としてＴａ2Ｏ5を使用した。この第６実施形態の反射防止膜においては、４００ｎｍないし７００ｎｍの可視透過光帯域全域おいて平均０．５％の低い反射率であった。【００３７】
なを、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、基板の材質は、請求項１に記載した屈折率のものであればどのような材料、材質でも良く、各層部分の材料、物質も、各実施形態に挙げたもののみに限らず、同様の作用効果が得られるものであれば任意に適用可能である。また、各層における屈折率、幕厚等は、物質の選択により適宜、最適値を設定するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の反射防止膜の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態様の反射防止膜、比較例１及び比較例２の反射防止膜の反射率を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態の反射防止膜の反射率を示すグラフである。
【図４】本発明の第３実施形態の反射防止膜の反射率を示すグラフである。
【図５】本発明の第４実施形態の反射防止膜の反射率を示すグラフである。
【図６】本発明の第５実施形態の反射防止膜の反射率を示すグラフである。
【図７】本発明の第６実施形態の反射防止膜の反射率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１            基板
２            第１層
３            第２層
４            第３層
【図１】
2005116696.tif 000008
【図２】
2005116696.tif 000009
【図３】
2005116696.tif 000010
【図４】
2005116696.tif 000011
【図５】
2005116696.tif 000012
【図６】
2005116696.tif 000013
【図７】
2005116696.tif 000014
【国際調査報告】
2005116696.tif 000015
2005116696.tif 000016
2005116696.tif 000017
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