JP3113371B2

JP3113371B2 - 多層反射防止膜

Info

Publication number: JP3113371B2
Application number: JP04046107A
Authority: JP
Inventors: 紀子塩川
Original assignee: 旭光学工業株式会社
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 2000-11-27
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JPH05215904A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、カメラ、望遠
鏡、各種光学測定機器、各種ＯＡ機器、レーザー応用機
器、各種電子映像機器、光通信装置、光情報処理装置、
光学応用製造装置等の光学機器を構成する光学部品に対
して施される多層反射防止膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】カメラ、望遠鏡、レーザープリンター、
光ディスク装置、レーザー加工装置および測定装置のよ
うなレーザー応用機器、ビデオカメラ、ビデオプロジェ
クターのような電子映像機器等の光学機器類には、レン
ズやプリズム等の多くの光学部品が用いられているが、
このような光学部品に対しては、有害な表面反射を防止
するために、反射防止膜を形成することが一般に行われ
ている。この反射防止膜は、光学部品の表面に、真空蒸
着法等により、例えばＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ 、ＭｇＦ₂ の
ような無機物質よりなる薄膜を１層または２層以上積層
して形成したものである（特開昭６２−１７８９０１
号、特開平３−２４６５０１号、特開平３−２５２６０
２号等）。

【０００３】ところで、レーザー用の光学系では、多く
の光学部品等が用いられ、その構造も複雑化している
が、近年では、これらをよりコンパクトにすることが課
題とされており、そのため、光路の設計をする上で、光
学部品へのレーザー光の入射角が大きくなる（４５〜６
０°程度）傾向がある。しかしながら、一般に、光学部
品の表面に形成される反射防止膜は、入射角が大きくな
るほど反射防止効果が少なくなることが知られている。

【０００４】また、例えば光ディスク装置の光学系にお
いては、偏光ビームスプリッターが用いられており、Ｓ
偏光成分およびＰ偏光成分のそれぞれについて反射を防
止することが必要となる場合があるが、この場合、従来
では、１つの多層反射防止膜でＳ偏光成分およびＰ偏光
成分のそれぞれの反射を防止し得るものは存在せず、Ｓ
偏光成分の反射を防止するための専用の反射防止膜と、
Ｐ偏光成分の反射を防止するための専用の反射防止膜と
をそれぞれ別途に設けなければならなかった。そのた
め、形成する反射防止膜の層数が多くなり、また２以上
の箇所に反射防止膜を形成しなければならず、よって、
設計の幅が狭くなり、コストの上昇を招くという問題が
あった。

【０００５】また、Ｓ偏光成分、Ｐ偏光成分のいずれの
反射防止膜についても、反射防止効果に波長依存性があ
り、例えば、入射光の波長が設計波長から±２０nm以上
離れると、反射率が３％を超え、反射防止効果が不十分
となっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、１つ
の多層反射防止膜でＳ偏光成分およびＰ偏光成分の反射
を防止し、しかも、広い波長域にわたって優れた反射防
止効果が得られる多層反射防止膜を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）および（２）の本発明により達成される。

【０００８】（１）入射角が６０°以下で用いられ、
かつ屈折率が１．５０〜１．５４である光学部品の表面
に第１層から第１１層までの層を前記表面側からこの順
に積層してなる多層反射防止膜であって、奇数番目の層
のうち、任意の２つの層の屈折率はそれぞれ２．２９〜
２．３５であり、残りの４つの層の屈折率はそれぞれ
１．３７〜１．３９であり、偶数番目の層のうち、任意
の１つの層の屈折率は１．９９〜２．０１であり、その
他の任意の１つの層の屈折率は１．８７〜１．９７であ
り、その他の任意の２つの層の屈折率はそれぞれ１．６
４〜１．６５であり、残りの１つの層の屈折率は１．４
７〜１．４９であり、前記第１層から第１１層までの各
層の光学的膜厚は、反射を防止したい波長域の中心波長
の０．１〜０．４倍であることを特徴とする多層反射防
止膜。

【０００９】（２）前記第１層から第１１層までの各
層のうち、任意の層をこれに等価的な複数の層に置き換
えた上記（１）に記載の多層反射防止膜。

【００１０】

【発明の構成】以下、本発明の多層反射防止膜を添付図
面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。図１
は、本発明の多層反射防止膜の構成例を拡大して示す断
面側面図である。同図に示すように、多層反射防止膜１
５は、光学部品２０の表面に形成されている。

【００１１】光学部品２０としては、例えば、透明な各
種硝材またはプラスチック（例えばアクリル系樹脂、ポ
リカーボネート、ポリスチレン）で構成されたレンズ、
プリズム、光学フィルター等が挙げれらる。また、光学
部品２０の多層反射防止膜１５を形成する表面は、図示
のごとく平面であっても、また曲面（球面または非球
面）であってもよい。

【００１２】このような光学部品２０は、通常の使用状
態において、入射角θが６０°以下、好ましくは３０〜
６０°、より好ましくは４５〜６０°、さらに好ましく
は５０〜６０°で用いられるものである。

【００１３】また、光学部品２０の屈折率は、１．５０
〜１．５４であり、好ましくは１．５１〜１．５３であ
る。屈折率がこのような範囲のものにおいて、後述する
反射防止効果が有効に発揮される。

【００１４】多層反射防止膜１５は、光学部品２０の表
面側から順に積層された、第１層１、第２層２、第３層
３、第４層４、第５層５、第６層６、第７層７、第８層
８、第９層９、第１０層１０および第１１層１１の合計
１１層で構成されている。これらの層のうち、隣接する
２つの層の屈折率をある程度乖離させることが反射防止
に有効である。

【００１５】すなわち、奇数番目の層１、３、５、７、
９および１１のうち、任意の２つの層の屈折率をそれぞ
れ２．２９〜２．３５の範囲のものとし、残りの４つの
層の屈折率をそれぞれ１．３７〜１．３９の範囲のもの
とし、さらに、偶数番目の層２、４、６、８および１０
のうち、任意の１つの層の屈折率を１．９９〜２．０１
の範囲のものとし、その他の任意の１つの層の屈折率を
１．８７〜１．９７の範囲のものとし、その他の任意の
２つの層の屈折率をそれぞれ１．６４〜１．６５の範囲
のものとし、残りの１つの層の屈折率を１．４７〜１．
４９の範囲のものとする。なお、ここで言う屈折率は、
波長５５０nmで測定した屈折率である。

【００１６】各層１〜１１の屈折率を上記のようにする
ことにより、入射角θが比較的小さい場合はもちろんの
こと、入射角θが６０°程度であっても、優れた反射防
止効果、特に、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の双方について
優れた反射防止効果が得られ、しかもその効果は広い波
長域において得られる。

【００１７】各層１〜１１の構成材料としては、次のよ
うなものが挙げられる。屈折率が２．２９〜２．３５の
範囲のものとしては、例えば、ＴｉＯ₂ のようなチタン
酸化物、ＣｅＯ₂ のようなセリウム酸化物、またはこれ
らを主成分とする組成物が挙げられる。

【００１８】屈折率が１．９９〜２．０１の範囲のもの
としては、例えば、Ｉｎ₂ Ｏ₃ のようなインジウム酸化
物、Ｓｂ₂ Ｏ₃ のようなアンチモン酸化物、ＴａＯ₂ 、
Ｔａ₂ Ｏ₅ のようなタンタル酸化物とＹ₂ Ｏ₃ のような
イットリウム酸化物との混合物（好ましい混合比は、タ
ンタル酸化物７０重量％、イットリウム酸化物３０重量
％）、またはこれらを主成分とする組成物が挙げられ
る。

【００１９】屈折率が１．８７〜１．９７の範囲のもの
としては、例えば、Ｙｂ₂ Ｏ₃ のようなイッテルビウム
酸化物、ＳｉＯ₂ のようなケイ素酸化物とＺｒＯ₂ のよ
うなジルコニウム酸化物との混合物（好ましい混合比
は、ケイ素酸化物３０重量％、ジルコニウム酸化物７０
重量％）、またはこれらを主成分とする組成物が挙げら
れる。

【００２０】屈折率が１．６４〜１．６５の範囲のもの
としては、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ のようなアルミニウム酸
化物、ＣｅＦ₃ のようなセリウムフッ化物、またはこれ
らを主成分とする組成物が挙げられる。

【００２１】屈折率が１．４７〜１．４９の範囲のもの
としては、例えば、ＳｉＯ₂ のようなケイ素酸化物、Ｍ
ｇＦ₂ のようなフッ素化合物とＡｌ₂ Ｏ₃ のようなアル
ミニウム酸化物との混合物（好ましい混合比は、フッ素
化合物６０重量％、アルミニウム酸化物４０重量％）、
またはこれらを主成分とする組成物が挙げられる。

【００２２】屈折率が１．３７〜１．３９の範囲のもの
としては、例えば、ＭｇＦ₂ 、ＣａＦ₂ のようなフッ素
化合物、またはこれらを主成分とする組成物が挙げられ
る。

【００２３】各層を上記のような材料で構成することに
より、多層反射防止膜１５は、劣化が少なく、優れた耐
久性が得られる。また、各層１〜１１間の境界面および
光学部品２０の表面における膜の密着性も良好である。

【００２４】なお、本発明においては、各層の構成材料
は、上記例示したものに限定されず、屈折率が上記範囲
内のものであればいかなるものでもよい。

【００２５】各層１〜１１の光学的膜厚は特に制限され
ないが、反射を防止したい波長域の中心波長の０．１〜
０．４倍が好ましく、０．１５〜０．３５倍がより好ま
しい。また、各層の屈折率に応じたさらに好ましい範囲
は、以下の通りである。

【００２６】屈折率が２．２９〜２．３５の範囲の層の
光学的膜厚は、反射を防止したい波長域の中心波長の
０．１８〜０．３２倍程度とするのが好ましい。

【００２７】屈折率が１．９９〜２．０１の範囲の層の
光学的膜厚は、反射を防止したい波長域の中心波長の
０．１９〜０．３１倍程度とするのが好ましい。

【００２８】屈折率が１．８７〜１．９７の範囲の層の
光学的膜厚は、反射を防止したい波長域の中心波長の
０．１８〜０．３２倍程度とするのが好ましい。

【００２９】屈折率が１．６４〜１．６５の範囲の層の
光学的膜厚は、反射を防止したい波長域の中心波長の
０．１９〜０．３１倍程度とするのが好ましい。

【００３０】そして、その他の層の光学的膜厚は、それ
ぞれ、反射を防止したい波長域の中心波長の０．２０〜
０．３０倍程度とするのが好ましい。

【００３１】本発明において、第１層１から第１１層１
１までの各層は、それぞれ、それ自体で固有の光学的特
性を有するものであり、多層反射防止膜を構成する１単
位として認識することができる。従って、各層１〜１１
のうちの任意の１つの層は、図示のごとき物理的に１層
である場合のみならず、それと等価的な複数の層に置き
換えることができる。

【００３２】このような置き換えは、等価膜法やコンポ
ジット法（参考文献：「光学薄膜」Ｐ１５４〜１５８，
１９８６年１０月１０日、共立出版社発行）等に基づい
て行うことができ、特に等価膜法による置き換えが好ま
しい。以下、等価膜法による置き換えを行う場合の例に
ついて説明する。

【００３３】例えば、後述する実施例６（表３）および
実施例７（表４）で示すように、第４層を第４ａ層、第
４ｂ層および第４ｃ層の３つの層に置き換えることがで
きる。この場合、第４ａ層と第４ｃ層とは、実質的に同
一の材料で構成され、中間の第４ｂ層の構成材料とは異
なっている。

【００３４】そして、第４ａ層、第４ｂ層および第４ｃ
層の積層体は、その屈折率および光学的膜厚に関し第４
層と等価である。例えば、第４層を屈折率が１．８７〜
１．９７である層とした場合、例えば第４ａ層および第
４ｃ層をそれぞれ屈折率が１．４７〜１．４９である層
とし、第４ｂ層を屈折率が２．１０〜２．１２である層
とすることができる。

【００３５】ここで、屈折率が２．１０〜２．１２であ
る構成材料としては、ＺｒＯ₂ のようなジルコニウム酸
化物、Ｎｄ₂ Ｏ₃ のようなネオジウム酸化物、ＣｅＯ₂
のようなセリウム酸化物とＹ₂ Ｏ₃ のようなイットリウ
ム酸化物との混合物（好ましい混合比は、セリウム酸化
物４５重量％、イットリウム酸化物５５重量％）、また
はこれらを主成分とする組成物が挙げられる。なお、こ
のような置き換えは、第４層以外の層においても行うこ
とができることは言うまでもない。

【００３６】このような置き換えを行うと、多層反射防
止膜の層数は増加するが、次のような利点がある。すな
わち、例えば、置き換えられる層（例：第４層）の構成
材料が希少であるかまたは成膜に適さないものであった
り、隣接する層（例：第３層または第５層）との適合性
が低かったり（例えば、密着性が低いことやストレスの
蓄積が多いこと）した場合に、それと異なる材料の層で
構成される等価な積層体に置き換えることにより、光学
的特性を変えることなく、このような問題を改善するこ
とができる。

【００３７】本発明の多層反射防止膜１５における各層
１〜１１（置き換えられた層も含む）の形成は、通常、
真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の
気相成膜法により行われ、成膜条件の設定により、上記
膜組成および膜厚を得ることができる。以上のような多
層反射防止膜１５は、波長８００〜８６０nm、さらに
は、波長８１０〜８５０nmの入射光に対し、特に優れた
反射防止効果を発揮する。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例について説明す
る。

【００３９】（実施例１）［１］多層反射防止膜の製造光学ガラス部品（ＢＫ７、屈折率：１．５１）を精密洗
浄した後、真空蒸着法により、この光学ガラス部品の表
面側から下記表１に示す材料で構成される第１層〜第１
１層を順次形成し、本発明の多層反射防止膜を得た。な
お、表１中には、各層の屈折率（測定波長５５０nm）お
よび膜厚を併せて示す。

【００４０】［２］分光特性の測定上記多層反射防止膜に対し、波長８００〜８６０nm（設
計波長８３０nm）の光を入射角６０°で入射させ、Ｓ偏
光成分およびＰ偏光成分のそれぞれの反射率を測定し
た。その結果を図２のグラフに示す。

【００４１】このグラフに示すように、Ｓ偏光成分、Ｐ
偏光成分共に、設計波長からの乖離が±３０nm以内で反
射率約２％以下、±２０nm以内で反射率約１％以下を達
成している。

【００４２】（実施例２）［１］多層反射防止膜の製造実施例１と同様の光学ガラス部品を精密洗浄した後、真
空蒸着法により、この光学ガラス部品の表面側から下記
表２に示す材料で構成される第１層〜第１１層を順次形
成し、本発明の多層反射防止膜を得た。なお、表２中に
は、各層の屈折率（測定波長５５０nm）および膜厚を併
せて示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】［２］分光特性の測定上記多層反射防止膜に対し、波長８００〜８６０nm（設
計波長８３０nm）の光を入射角６０°で入射させ、Ｓ偏
光成分およびＰ偏光成分のそれぞれの反射率を測定し
た。その結果を図３のグラフに示す。

【００４５】このグラフに示すように、Ｓ偏光成分、Ｐ
偏光成分共に、設計波長からの乖離が±３０nm以内で反
射率約２％以下、±２０nm以内で反射率約１％以下を達
成している。

【００４６】（実施例３）実施例１と同様の光学ガラス
部品を精密洗浄した後、その表面に、上記表１中の第５
層と第９層とを入れ替え、第２層と第８層とを入れ替え
た層構成の多層反射防止膜を製造した。

【００４７】この多層反射防止膜に対し、実施例１と同
様にして分光特性を測定したところ、Ｓ偏光成分、Ｐ偏
光成分共に、実施例１とほぼ同様の低反射率が達成され
た。

【００４８】（実施例４）実施例１と同様の光学ガラス
部品を精密洗浄した後、その表面に、上記表１中の第１
層と第３層とを入れ替え、第５層と第９層とを入れ替
え、第４層と第１０層とを入れ替えた層構成の多層反射
防止膜を製造した。

【００４９】この多層反射防止膜に対し、実施例１と同
様にして分光特性を測定したところ、Ｓ偏光成分、Ｐ偏
光成分共に、実施例１とほぼ同様の低反射率が達成され
た。

【００５０】（実施例５）上記実施例１、２、３および
４のそれぞれについて、入射角を４５°に変えた以外は
同様にして測定を行ったところ、いずれも、Ｓ偏光成分
およびＰ偏光成分の反射率は大幅に低減した。これらの
うち、実施例１についての結果を図４のグラフに示す。

【００５１】このグラフに示すように、Ｓ偏光成分、Ｐ
偏光成分共に、設計波長からの乖離が±３０nm以内で反
射率約１．０％以下、±２０nm以内で反射率約０．５％
以下を達成しており、上記実施例１の結果に比べ、さら
に低い反射率が得られている。その結果、有効波長域を
さらに広い範囲とすることができる。

【００５２】（実施例６）［１］多層反射防止膜の製造実施例１と同様の光学ガラス部品を精密洗浄した後、真
空蒸着法により、この光学ガラス部品の表面側から下記
表３に示す材料で構成される第１層〜第１１層を順次形
成し、本発明の多層反射防止膜を得た。この多層反射防
止膜は、上記表１に示す層構成の多層反射防止膜におけ
る第４層を、これと等価な第４ａ層、第４ｂ層および第
４ｃ層の積層体に置き換えたものである。なお、表３中
には、各層の屈折率（測定波長５５０nm）および膜厚を
併せて示す。

【００５３】

【表３】

【００５４】［２］分光特性の測定上記多層反射防止膜に対し、波長８００〜８６０nm（設
計波長８３０nm）の光を入射角６０°で入射させ、Ｓ偏
光成分およびＰ偏光成分のそれぞれの反射率を測定し
た。その結果を図５のグラフに示す。

【００５５】このグラフに示すように、Ｓ偏光成分、Ｐ
偏光成分共に、設計波長からの乖離が±３０nm以内で反
射率約２％以下、±２０nm以内で反射率約１％以下を達
成している。

【００５６】（実施例７）［１］多層反射防止膜の製造実施例１と同様の光学ガラス部品を精密洗浄した後、真
空蒸着法により、この光学ガラス部品の表面側から下記
表４に示す材料で構成される第１層〜第１１層を順次形
成し、本発明の多層反射防止膜を得た。この多層反射防
止膜は、上記表２に示す層構成の多層反射防止膜におけ
る第４層を、これと等価な第４ａ層、第４ｂ層および第
４ｃ層の積層体に置き換えたものである。なお、表４中
には、各層の屈折率（測定波長５５０nm）および膜厚を
併せて示す。

【００５７】

【表３】

【００５８】［２］分光特性の測定上記多層反射防止膜に対し、波長８００〜８６０nm（設
計波長８３０nm）の光を入射角６０°で入射させ、Ｓ偏
光成分およびＰ偏光成分のそれぞれの反射率を測定し
た。その結果を図６のグラフに示す。

【００５９】このグラフに示すように、Ｓ偏光成分、Ｐ
偏光成分共に、設計波長からの乖離が±３０nm以内で反
射率約２％以下、±２０nm以内で反射率約１％以下を達
成している。

【００６０】（実施例８）実施例１と同様の光学ガラス
部品を精密洗浄した後、その表面に、上記表３中の第７
層と第１１層とを入れ替え、第２層と第８層とを入れ替
えた層構成の多層反射防止膜を製造した。

【００６１】この多層反射防止膜に対し、実施例６と同
様にして分光特性を測定したところ、Ｓ偏光成分、Ｐ偏
光成分共に、実施例６とほぼ同様の低反射率が達成され
た。

【００６２】（実施例９）実施例１と同様の光学ガラス
部品を精密洗浄した後、その表面に、上記表３中の第１
層と第９層とを入れ替え、第４ａ層、第４ｂ層および第
４ｃ層の積層体と第６層とを入れ替えた層構成の多層反
射防止膜を製造した。

【００６３】この多層反射防止膜に対し、実施例６と同
様にして分光特性を測定したところ、Ｓ偏光成分、Ｐ偏
光成分共に、実施例６とほぼ同様の低反射率が達成され
た。

【００６４】（実施例１０）上記実施例６、７、８およ
び９のそれぞれについて、入射角を４５°に変えた以外
は同様にして測定を行ったところ、いずれも、Ｓ偏光成
分およびＰ偏光成分の反射率は大幅に低減した。これら
のうち、実施例６についての結果を図７のグラフに示
す。

【００６５】このグラフに示すように、Ｓ偏光成分、Ｐ
偏光成分共に、設計波長からの乖離が±３０nm以内で反
射率約１．０％以下、±２０nm以内で反射率約０．５％
以下を達成しており、上記実施例６の結果に比べ、さら
に低い反射率が得られている。その結果、有効波長域を
さらに広い範囲とすることができる。

【００６６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の多層反射防
止膜によれば、入射角θが比較的小さい場合はもちろん
のこと、入射角が６０°程度であっても、優れた反射防
止効果、特に、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の双方について
優れた反射防止効果が得られる。

【００６７】しかも、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分の反
射防止を１つの多層反射防止膜で達成することができ
る。さらに、上記優れた反射防止効果が広い波長域にわ
たって得られる。

【００６８】このようなことから、光学機器の設計の幅
が広がる。すなわち、例えば、光路の設計においては、
反射による損失を考慮することなく光学部品への入射角
を６０°程度とすることができ、その結果、装置の構成
の簡素化、小型化や、精度の向上を図ることができる。
また、本発明の多層反射防止膜は、耐久性にも優れてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層反射防止膜の構成例を拡大して示
す断面側面図である。

【図２】本発明の実施例１における分光特性を示すグラ
フである。

【図３】本発明の実施例２における分光特性を示すグラ
フである。

【図４】本発明の実施例５における分光特性を示すグラ
フである。

【図５】本発明の実施例６における分光特性を示すグラ
フである。

【図６】本発明の実施例７における分光特性を示すグラ
フである。

【図７】本発明の実施例１０における分光特性を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１第１層２第２層３第３層４第４層５第５層６第６層７第７層８第８層９第９層１０第１０層１１第１１層１５多層反射防止膜２０光学部品

【表１】

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入射角が６０°以下で用いられ、かつ屈
折率が１．５０〜１．５４である光学部品の表面に第１
層から第１１層までの層を前記表面側からこの順に積層
してなる多層反射防止膜であって、奇数番目の層のうち、任意の２つの層の屈折率はそれぞ
れ２．２９〜２．３５であり、残りの４つの層の屈折率
はそれぞれ１．３７〜１．３９であり、偶数番目の層のうち、任意の１つの層の屈折率は１．９
９〜２．０１であり、その他の任意の１つの層の屈折率
は１．８７〜１．９７であり、その他の任意の２つの層
の屈折率はそれぞれ１．６４〜１．６５であり、残りの
１つの層の屈折率は１．４７〜１．４９であり、前記第１層から第１１層までの各層の光学的膜厚は、反
射を防止したい波長域の中心波長の０．１〜０．４倍で
あることを特徴とする多層反射防止膜。
【請求項２】前記第１層から第１１層までの各層のう
ち、任意の層をこれに等価的な複数の層に置き換えた請
求項１に記載の多層反射防止膜。