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JPH052101A - 光学部品 - Google Patents

光学部品

Info

Publication number
JPH052101A
JPH052101A JP3180530A JP18053091A JPH052101A JP H052101 A JPH052101 A JP H052101A JP 3180530 A JP3180530 A JP 3180530A JP 18053091 A JP18053091 A JP 18053091A JP H052101 A JPH052101 A JP H052101A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
film
optical component
refractive index
oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3180530A
Other languages
English (en)
Inventor
Setsuo Tokuhiro
節夫 徳弘
Tomohito Nakano
智史 中野
Tatsuo Ota
達男 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Priority to JP3180530A priority Critical patent/JPH052101A/ja
Publication of JPH052101A publication Critical patent/JPH052101A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可視光の全領域、特に 400〜450 nmの波長領
域における光の反射防止特性に優れ、高い透過率特性を
有し、表面の面精度の変化が小さい光学部品を提供する
ことにある。 【構成】 5層構成の積層膜よりなる反射防止膜が表面
上に形成され、当該積層膜を構成する第i層(iは空気
の如き媒質から下地表面に向かって数える)の屈折率n
i および光学膜厚ni i が以下の範囲にあることを特
徴とする。なお、λ0 は設定波長を示す。 0.24λ0 ≦n1 1 ≦0.26λ0 1.37≦n1 ≦1.40 0.52λ0 ≦n2 2 ≦0.56λ0 1.90≦n2 ≦2.30 0.10λ0 ≦n3 3 ≦0.15λ0 1.37≦n3 ≦1.47 0.05λ0 ≦n4 4 ≦0.12λ0 1.80≦n4 ≦2.30 0.08λ0 ≦n5 5 ≦0.18λ0 1.37≦n5 ≦1.40

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学部品に関し、特
に、5層構成の積層膜よりなる反射防止膜が表面上に形
成されてなる光学部品に関する。
【0002】
【従来の技術】光学部品の表面においては、その光学部
品の有する屈折率により、入射光量の約4〜8%の光が
反射する。この現象は、単に内部への透過光量が減少す
ることのみならず、このような光学部品をカメラの投影
レンズ等として用いると、ゴーストやフレアの原因にな
る。この表面反射を低減するための最も簡単な例とし
て、例えばフッ化マグネシウムよりなる単層膜が表面上
に形成された光学部品が広く知られており、例えば、こ
の単層膜が表面に形成された屈折率1.52のガラス板にお
いて、その表面反射率は約 1.2%まで減少する。
【0003】しかし、この単層膜を表面に形成させる手
段では、可視光の全領域(400nm〜700nm)で有効な反射防
止効果が得られない。そこで、表面に積層膜を形成させ
る手段が考え出されている。斯かる積層膜の基本構成と
しては、例えば空気の如き媒質から数えて第1層目に光
学膜厚0.25λ0 の低屈折率層、第2層目に光学膜厚0.50
λ0 の高屈折率層、第3層目に光学膜厚0.25λ0 の中間
屈折率層の合計3層で構成される(以下「基本3層構
成」という)積層膜、基本3層構成の下に更に第4層と
して光学膜厚0.25λ0 の中間屈折率層を設けた合計4層
で構成される(以下「基本4層構成」という)積層膜等
が知られている。このような構成の積層膜によれば、計
算上、可視光の全領域にわたり1%以下の反射率を得る
ことができる。
【0004】しかし、低屈折率層および高屈折率層につ
いては、屈折率の条件を満たす膜材料が存在するが、中
間屈折率層の条件を満たすものとして好適な膜材料は現
在知られておらず、従って、上記の基本3層構成を3層
の積層膜で実現することはできず、基本4層構成につい
ても同様である。そこで、よく用いられる手法として、
3層等価膜法というものがある。この手法は、任意の屈
折率nM の膜材料よりなる層を、nM より大きい屈折率
H の膜材料よりなる層とnM より小さい屈折率nL
膜材料よりなる層との交互3層によって置換できるとい
う原理に基づくものである。
【0005】現在、積層膜よりなる反射防止膜として数
多くの構成が提案されているが、その多くは基本3層構
成および基本4層構成における中間屈折率層を3層等価
膜法の原理を利用して置換した合計5〜7層構成のもの
である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の構成の積層膜よりなる反射防止膜が形成された光学部
品においては、以下のような問題を有している。 各
層の膜材料における屈折率が入射波長により異なる現象
(以下「屈折率の分散現象」という。)、同一層内で厚
さ方向に屈折率が変化する現象(以下「膜の不均質現
象」という。)等の影響により、可視光の全領域にわた
って良好な反射防止特性を有するものとならず、また可
視光の短波長領域(400nm〜450nm)において反射率が急激
に大きくなる。 また、積層膜よりなる反射防止膜を
構成する場合、可視光の全波長領域において反射防止特
性を得るためには、屈折率が 2.0付近の高屈折率材料に
より、光学膜厚 0.5λ0 程度の厚い層を構成することが
不可欠になる。しかし、このような、高屈折率材料の厚
い層により反射防止膜を構成する場合、可視光の短波長
領域における光が吸収されやすくなり、透過光量が減少
してしまう。従って、可視光の短波長領域において所期
の透過光量を得ることができず、このような光学部品を
カメラの撮影レンズ等として多数用いた場合、短波長領
域(青色)の透過光量が低下し、カラーバランスが崩れ
て色再現上好ましくない。 積層膜を構成する各層の
膜応力により、表面に反りが生じ、面精度が変化する。
【0007】本発明は以上のような事情に基いてなされ
たものであって、本発明の第1の目的は、可視光の全領
域にわたって良好な反射防止特性を有し、特に400〜450
nmの波長領域における光の反射防止特性に優れた光学
部品を提供することにある。
【0008】本発明の第2の目的は、可視光の短波長領
域において、光の吸収や散乱等による光量損失が少な
く、高い透過率特性を有する光学部品を提供することに
ある。
【0009】本発明の第3の目的は、膜応力に起因する
表面の面精度の変化が小さくて反り等が生じない光学部
品を提供することにある。
【0010】
〔ここで、i(i:i=1〜5)は、空気の如き媒質から下地表面に向かって数える。また、λ0 は設定波長を示す。〕
【0011】また、第2層および第4層を構成する膜材
料が、酸化タンタル、酸化チタニウムと酸化ジルコニウ
ムの混合物および酸化チタニウムと酸化プラセオジウム
の混合物からなる群より選ばれた金属酸化物または金属
酸化物の混合物であることが好ましい。
【0012】更に、第3層を構成する膜材料が、酸化シ
リコンであることが好ましい。
【0013】
【作用】5層構成の積層膜よりなる反射防止膜を表面上
に形成し、各層における屈折率および光学膜厚を特定の
範囲に規定することにより、後述する実施例および比較
例からも明らかなように、可視光の全領域で良好な反射
防止特性を有し、特に 400〜450nm の波長領域における
光の反射防止特性に優れたものとなる。
【0014】第2層および第4層を構成する膜材料とし
て、特定の金属酸化物または特定の金属酸化物の混合物
を用いることにより、可視光の短波長領域における光の
吸収、散乱等の光量損失が少なく、高い透過率特性を有
するものとなる。
【0015】第3層を構成する膜材料として、他の層を
構成する膜材料とは膜応力の方向が反対である酸化シリ
コンを用いることにより、他の層で生じる膜応力を緩和
することができ、面精度の変化が小さく、反り等が生じ
ないものとなる。
【0016】<各層における膜材料> 第1層および
第5層を構成する膜材料としては、例えばフッ化マグネ
シウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン等を挙げるこ
とができ、特に、安定した光学特性を有し、耐摩耗性お
よび耐湿性に優れている点でフッ化マグネシウムが好ま
しい。 第2層および第4層を構成する膜材料として
は、例えば酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタ
ニウムと酸化ジルコニウムの混合物、酸化チタニウムと
酸化プラセオジウムの混合物等を挙げることができ、特
に、光の吸収や散乱等の光量損失が少なく、高い透過率
特性を有する点で、酸化タンタル、酸化チタニウムと酸
化ジルコニウムの混合物および酸化チタニウムと酸化プ
ラセオジウムの混合物が好ましい。 第3層を構成す
る膜材料としては、例えばフッ化マグネシウム、酸化ア
ルミニウム、酸化シリコン等を挙げることができ、特
に、他の層で生じる膜応力を緩和する効果を有する点で
酸化シリコンが好ましい。
【0017】
【実施例】実施例1〜5 屈折率の異なる各ガラス基板上に、表1に示す膜材料お
よび光学膜厚に従って積層膜よりなる反射防止膜を形成
し、光学部品を作製した。
【0018】
【表1】
【0019】表1中、MgFx 、SiOx 、ZrOx
よびTiOx におけるxの値は、1≦x≦2の範囲内で
ある。また、λ0 は設定波長であり、設定波長λ0 は 5
10nmとした。 ※1:第2層および第4層を構成する酸化チタニウム
(TiOx )と酸化ジルコニウム(ZrOx )の混合物
において、波長λの光に対する屈折率の値は、ほぼ以下
の式に従う。 n2 またはn4 =2.031+23.28/(λ−217)
【0020】<積層膜の形成方法>洗浄されたガラス基
板の各々を真空蒸着装置にセットし、ガラス基板の表面
温度が約 300℃になるまで加熱し、真空度が 1.0×10-5
mbarとなるまで排気を行った後真空蒸着を開始した。な
お、第2層、第3層および第4層においては、反応ガス
として酸素ガスを導入しながら、真空度 1.5×10-5mbar
で真空蒸着を行った。なお、各層における光学膜厚は、
光学式膜厚監視法に基づいてモニターガラス上の反射率
を制御することにより行った。
【0021】<反射防止特性>上記実施例1〜5により
作製された各光学部品についての分光反射率特性を図1
〜図5に示す。これらの分光反射率特性から、可視光の
全領域(400nm〜700nm)にわたって良好な反射防止特性を
示し、特に 400〜450nm の波長領域において良好な反射
防止特性を有していることが理解される。
【0022】<透過率特性>可視光の短波長領域の光を
吸収しない硝材「BK7」よりなるガラス基板上に、実
施例1と同様の構成の反射防止膜を形成し、波長 400nm
の光に対する反射率Rと透過率Tとから(T+R)を測
定したところ、ほぼ 100%となり、各層の内部および層
の境界面において、光の吸収や散乱等の光量損失が生じ
ていないことが確認された。
【0023】本実施例においては、光学膜厚が 0.5λ0
以上の高屈折率材料層により第2層が構成されている
が、膜材料として、酸化チタニウムと酸化ジルコニウム
の混合物を用いているため、短波長領域においても光の
吸収や散乱等の光量損失が生じない。
【0024】第2層および第4層の膜材料として、表2
に示す各種の金属酸化物を用いたこと以外は実施例1と
同様の構成の光学部品を作製して、λ=400nmにおける
光損失量を測定した。結果を表2に示す。
【0025】
【表2】 表2の結果から、いずれの金属酸化物(混合物)も第2
層および第4層の膜材料として好適であり、特に、酸化
チタニウムと酸化ジルコニウムの混合物を用いた場合、
短波長領域における透過率特性が優れていることが理解
される。また、第2層および第4層の膜材料として酸化
チタニウムと酸化プラセオジウムの混合物を用いたこと
以外は実施例1と同様の構成の光学部品を作製して、λ
=400nmにおける光損失量を測定したところ、光損失量
は0%であった。
【0026】<面精度>ガラス基板に代えて、それぞれ
形状の異なる各種レンズおよび厚さ 0.5mmの極薄フィル
ターの表面に、実施例1と同様の積層膜よりなる反射防
止膜を形成した。反射防止膜の形成前後における各種レ
ンズおよびフィルターの面精度をザイゴ干渉計「MAR
K−II」〔ザイゴ(Zygo)社製〕で測定したところ、面精
度の変化はλ/10以下であり、反りのない良好な結果が
得られた。一方、比較のため、第1層、第3層および第
5層の膜材料としてフッ化マグネシウムを用いて各種レ
ンズおよびフィルターの面精度の変化を測定したところ
λ/5以上であった。以上のことから、酸化シリコンを
第3層の膜材料として用いることにより、他の層で生じ
る膜応力を緩和することができ、面精度の変化が小さ
く、反りが生じないものとすることができる。
【0027】実施例6 屈折率の異なる各ガラス基板上に、表3に示す膜材料お
よび光学膜厚に従って積層膜よりなる反射防止膜を形成
し、光学部品を作製した。
【0028】
【表3】
【0029】表3中、MgFx 、SiOx およびTax
Y におけるxの値は、1≦x≦2の範囲内であり、T
x Y におけるYの値は 2.5≦Y≦5の範囲内であ
る。また、λ0 は設定波長であり、設定波長λ0 は 510
nmとした。 ※2:第2層および第4層を構成する酸化タンタル(T
x Y )において、波長λの光に対する屈折率の値
は、ほぼ以下の式に従う。 n2 またはn4 =2.094+10.08/(λ−320)
【0030】実施例7 屈折率の異なる各ガラス基板上に、表4に示す膜材料お
よび光学膜厚に従って積層膜よりなる反射防止膜を形成
し、光学部品を作製した。
【0031】
【表4】
【0032】表4中、MgFx 、SiOx 、TiOx
よびPrx Z におけるxの値は、1≦x≦2の範囲内
であり、Prx Z におけるZの値は 1.5≦x≦4の範
囲内である。また、λ0 は設定波長であり、設定波長λ
0 は 510nmとした。 ※3:第2層および第4層を構成する酸化チタニウム
(TiOx )と酸化プラセオジウム(Prx Z )にお
いて、波長λの光に対する屈折率の値は、ほぼ以下の式
に従う。 n2 またはn4 =2.045+5.162/(λ−355)
【0033】上記実施例6〜7により作製された各光学
部品についての分光反射率特性を図6〜図7に示す。こ
れらの分光反射率特性から、本実施例においても、可視
光の全領域(400nm〜700nm)にわたって良好な反射防止特
性を示し、特に 400〜450nm の波長領域において良好な
反射防止特性を有していることが理解される。
【0034】<比較例>比較例1〜2 屈折率の異なる各ガラス基板(実施例3および実施例5
で用いたと同一のガラス基板)上に、表5に示す膜材料
および光学膜厚に従って積層膜よりなる反射防止膜を形
成し、光学部品を作製した。この例における積層膜は、
光学部品のマルチコート材料として一般に使用されてい
るものであり、基本3層構成の第3層目(中間屈折率
層)を3層等価膜法で置換した4層構成のものである。
【0035】
【表5】
【0036】表5中、MgFx 、ZrOx およびTiO
x におけるxの値は、1≦x≦2の範囲内である。ま
た、λ0 は設定波長であり、設定波長λ0 は 510nmとし
た。 ※1:第2層および第4層を構成する酸化チタニウム
(TiOx )と酸化ジルコニウム(ZrOx )の混合物
において、波長λの光に対する屈折率の値は、ほぼ以下
の式に従う。 n2 またはn4 =2.031+23.28/(λ−217)
【0037】比較例1および比較例2により作製された
各光学部品についての分光反射率特性を図8〜図9に示
す。これらの分光反射率特性から、反射率が低い値を示
す波長領域が図3および図5に比較して狭く、特に、波
長領域 400〜450 nmにおける光の反射率が大きくなって
いることが理解される。これは、屈折率が 2.0付近の高
屈折率層における、屈折率の分散現象および膜の不均質
現象等によるものと考えられる。
【0038】本実施例の光学部品は、5層構成の積層膜
よりなる反射防止膜が表面上に形成され、各層の屈折率
および光学膜厚をそれぞれ特定の範囲としているので、
可視光の全領域にわたって良好な反射防止特性を有し、
特に 400〜450nm の波長領域における光の反射防止特性
に優れている。
【0039】また、第2層および第4層を構成する膜材
料として、特定の金属酸化物(実施例6)または特定の
金属酸化物の混合物(実施例1〜5および実施例7)を
用いているので、可視光の短波長領域における光の吸
収、散乱等の光量損失が少なく、高い透過率特性を有す
るものである。
【0040】更に、第3層を構成する膜材料として、他
の層を構成する膜材料とは膜応力の方向が反対である酸
化シリコンを用いているので、他の層で生じる膜応力を
緩和することができ、面精度の変化が小さいものであ
る。
【0041】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、可視光の全領
域で良好な反射防止特性を有し、特に400〜450nm の波
長領域における光の反射防止特性に優れたものとなる。
【0042】請求項2の発明によれば、可視光の短波長
領域における光の吸収、散乱等の光量損失が少なく、高
い透過率特性を有するものとなる。
【0043】請求項3の発明によれば、面精度の変化が
小さく、反り等が生じないものとなる。
【0044】本発明の光学部品をカメラの投影レンズ等
に用いることにより、可視光の全領域にわたって反射率
が小さく透過率特性の高いものとなり、ゴーストやフレ
アを発生することなく、色再現が極めて正確に行われ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の光学部品についての分光反射率特性
を示す曲線図である。
【図2】実施例2の光学部品についての分光反射率特性
を示す曲線図である。
【図3】実施例3の光学部品についての分光反射率特性
を示す曲線図である。
【図4】実施例4の光学部品についての分光反射率特性
を示す曲線図である。
【図5】実施例5の光学部品についての分光反射率特性
を示す曲線図である。
【図6】実施例6の光学部品についての分光反射率特性
を示す曲線図である。
【図7】実施例7の光学部品についての分光反射率特性
を示す曲線図である。
【図8】比較例1の光学部品についての分光反射率特性
を示す曲線図である。
【図9】比較例2の光学部品についての分光反射率特性
を示す曲線図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 5層構成の積層膜よりなる反射防止膜が
    表面上に形成され、当該積層膜を構成する第i層の屈折
    率ni および光学膜厚ni i が以下の範囲にあること
    を特徴とする光学部品。 0.24λ0 ≦n1 1 ≦0.26λ0 1.37≦n1 ≦1.40 0.52λ0 ≦n2 2 ≦0.56λ0 1.90≦n2 ≦2.30 0.10λ0 ≦n3 3 ≦0.15λ0 1.37≦n3 ≦1.47 0.05λ0 ≦n4 4 ≦0.12λ0 1.80≦n4 ≦2.30 0.08λ0 ≦n5 5 ≦0.18λ0 1.37≦n5 ≦1.40 〔ここで、i(i:i=1〜5)は、空気の如き媒質か
    ら下地表面に向かって数える。また、λ0 は設定波長を
    示す。〕
  2. 【請求項2】 第2層および第4層を構成する膜材料
    が、酸化タンタル、酸化チタニウムと酸化ジルコニウム
    の混合物および酸化チタニウムと酸化プラセオジウムの
    混合物からなる群より選ばれた金属酸化物または金属酸
    化物の混合物であることを特徴とする請求項1に記載の
    光学部品。
  3. 【請求項3】 第3層を構成する膜材料が、酸化シリコ
    ンであることを特徴とする請求項1または請求項2のい
    ずれかに記載の光学部品。
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