光学素子およびそれを有する光学装置
【課題】 屈折率が内部で変化するグレーデッド層を利用した、生産性と光学特性を両立した光学素子を提供する。
【解決手段】 基板２１の少なくとも一面に反射防止膜２２が設けられた光学素子２３において、反射防止膜は基板側からしだいに屈折率が小さくなるグレーデッド層を有し、グレーデッド層は使用波長範囲の中心２／３の範囲内に反射率０．４％以下の極大値でありかつ最大値を持つ反射率特性を示し、最大値以外に極大値を持たず、使用波長範囲の両端の反射率のうち少なくとも一方は、最大値の反射率の半分以下である。
【解決手段】 基板２１の少なくとも一面に反射防止膜２２が設けられた光学素子２３において、反射防止膜は基板側からしだいに屈折率が小さくなるグレーデッド層を有し、グレーデッド層は使用波長範囲の中心２／３の範囲内に反射率０．４％以下の極大値でありかつ最大値を持つ反射率特性を示し、最大値以外に極大値を持たず、使用波長範囲の両端の反射率のうち少なくとも一方は、最大値の反射率の半分以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子に関し、特にその光学素子の光学特性に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学部品に使われている部材には反射防止機能を付与することが一般的である。反射防止機能を有しない透明部材では、一面ごとに４〜８％程度の透過率の低下が見られる。例えば撮像光学系のように複数枚の透明部材を使用する系では、透過光量が著しく低下してしまい、好ましくない。
【０００３】
反射防止機能を付与するには、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１では透過部材の一面に反射防止膜を付与する手法の一つが提案されている。一般的な反射防止膜の作成法として、蒸着法やスパッタ法に代表される成膜装置を利用する方法が知られている。ただし、このような成膜装置では成膜できる材料が限定されているため、任意の屈折率の薄膜を得ることは難しい。そこで、高屈折率薄膜と低屈折率薄膜を選択的に導入して膜厚を適切に設定することで、仮想的に中間屈折率のような膜を得る手法が提案されている。
【０００４】
他の手法として、使用する光の波長よりも細かい構造を利用した反射防止構造体も提案されている。最も有名な概念が ”ｍｏｔｈ−ｅｙｅ” である。蛾の目の表面は非常に反射率が低いことが知られており、それは蛾の目特有の微細構造にあるということが知られている。光の波長よりも細かい構造では、光はその構造そのものを認識できずに一様な媒質のような振舞いを示す。そのとき、その構造体は構造を構成する材料の体積比に準じた屈折率を示す。それを利用すると、通常の材料では得られない低屈折率の構造体が実現できる。低屈折率な材料を使うことで、より高性能な反射防止機能を得ることができる。
【０００５】
特許文献２には、このような微細構造を利用した反射防止構造体として表面に向かって先細りになる形状が提案されている。このような形状にすることで、基板側から表面側にいくにつれて換算屈折率が徐々に小さくなることが提案されている。
【０００６】
特許文献３には、微細構造の突起構造の形状を規定している。突起構造の最凸部と最凹部の形状を比較し、最凸部の方が尖る形状にすることで最表面部、また構造と基板との境界での屈折率変化が緩くなり、低反射化することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭６１−５１２８３号公報
【特許文献２】特開２００５−６２６７４号公報
【特許文献３】特開２００３−２４０９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら特許文献１に開示されている内容では、反射防止膜に高屈折率材料を用いているために、広帯域の特性には劣るという問題点があった。また、特許文献２に開示されている内容では、屈折率を傾斜させるために微細構造を先細りにしているが、屈折率構造の最適な開示まではいたっていない。また、製造上の作りやすさなどを考慮した構成も開示されていない。また、特許文献３に開示されている内容では、界面での屈折率の変化のみに着目しているために、屈折率の変化が大きな部分が発生してしまい広帯域な特性が得られないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の光学素子は、基板の少なくとも一面に反射防止膜が設けられた光学素子において、前記反射防止膜は基板側からしだいに屈折率が小さくなるグレーデッド層を有し、前記グレーデッド層は使用波長範囲の中心２／３の範囲内に反射率０．４％以下の極大値でありかつ最大値を持つ反射率特性を示し、最大値以外に極大値を持たず、使用波長範囲の両端の反射率のうち少なくとも一方は、最大値の反射率の半分以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反射率特性と生産性を両立した光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光学素子の反射率特性を示す図。
【図２】薄膜を設けた光学素子の断面模式図。
【図３】均質な屈折率を持つ反射防止膜を設けた光学素子の断面模式図。
【図４】グレーデッド層を設けた光学素子の断面模式図。
【図５】グレーデッド層を反射防止膜として利用するときの、理想的な屈折率勾配と実施例の屈折率勾配を示す図。
【図６】各屈折率勾配での光学膜厚に対する反射率の模式図。
【図７】光学膜厚λ／２の理想的な屈折率勾配のグレーデッド層が形成された場合の反射率特性を示す図。
【図８】光学膜厚λ／２の本実施例の屈折率勾配のグレーデッド層が形成された場合の反射率特性を示す図。
【図９】光学膜厚３λ／４の理想的な屈折率勾配のグレーデッド層が形成された場合の反射率特性を示す図。
【図１０】屈折率勾配の模式図。
【図１１】光の波長よりも細かい構造の一例を示す図。
【図１２】光の波長よりも細かい構造のグレーデッド層の一例を示す図。
【図１３】本発明の第１の実施例に係る光学素子の反射率特性を示す図。
【図１４】本発明の第２の実施例に係る光学素子の屈折率勾配を示す図。
【図１５】微細構造と薄膜を組み合わせた光学素子の一例を示す図。
【図１６】本発明の光学素子を適用したデジタルカメラを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、説明のために使用波長域は可視域（波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）を例に記述するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１に関わる反射率特性である。横軸は波長、縦軸は反射率である。この特性の場合、反射率の最大値は波長５５０ｎｍに存在し、０．４０％である。また、使用波長域の両端である波長４００ｎｍ、７００ｎｍでの反射率はそれぞれ０．１５、０．２８である。
【００１４】
本発明では、基板側からしだいに屈折率が小さくなるグレーデッド層を利用していることを特徴としている。図２に、基板の一面に薄膜を設けた構造の一例を示す。ここで、２１は基板、２２は薄膜、２３は光学素子、２４入射光である。通常、このような光学素子に入射光２３が入射する場合、薄膜２２によって振舞いが異なる。
【００１５】
通常の屈折率が均一な薄膜を薄膜２２に用いた場合の光の反射の様子を図３に示す。ここで、３１は基板、３２は均質な屈折率を持つ薄膜、３３は光学素子、３４は入射光、３５は薄膜３２の表面で反射する光、３６は薄膜３２と基板３１の界面で反射する光である。このような薄膜３２では、入射光３４はその界面で反射し、その反射率特性は光３５、光３６の干渉で決まる。光３５と光３６を干渉させて打ち消しあわせるためには、薄膜３２の光学厚みがλ／４の整数倍である必要がある。
【００１６】
一方、厚み方向に屈折率が小さくなるグレーデッド層を薄膜２２に用いた場合の光の反射の様子を図４に示す。ここで、４１は基板、４２は厚み方向に屈折率が小さくなるグレーデッド層、４３は光学素子、４４は入射光、４５はグレーデッド層４２の内部で反射する光である。このようなグレーデッド層４２では、入射光４４はグレーデッド層４２の内部の屈折率変化に合わせて無数の光４５が反射する。その無数の光４５がそれぞれ干渉しあうことで、反射率特性が決まる。光４５を全て干渉させて打ち消しあわせるためには、グレーデッド層４２の光学厚みがλ／２の整数倍である必要がある。
【００１７】
しかし、このグレーデッド層４２が光学膜厚λ／２で干渉しあうのは、グレーデッド層４２の内部屈折率変化が理想状態のときだけである。図５に、グレーデッド層４２の光学膜厚に対する屈折率勾配を示す。この図では左側が基板側であり、基板側からグレーデッド層４２の屈折率が徐々に下がっている様子がわかる。ここで、５１は本実施例の屈折率勾配の一例、５２は理想的な屈折率勾配である。屈折率勾配５２は、以下の条件を満たしている。
【００１８】
【数１】
【００１９】
ｎｉ・ｔｉ＝一定 （２）
ここで、ｎｉはグレーデッド層４２の任意点ｉの屈折率、ｎｉ＋１はグレーデッド層４２の任意点ｉの隣接点ｉ＋１の屈折率、ｔｉはグレーデッド層４２の任意点ｉの物理膜厚である。式（１）は、ｎｉ、ｎｉ＋１から求められるＡｉがグレーデッド層４２内部の任意点ｉの全てで一定であることを特徴としている。これにより、グレーデッド層４２の内部で反射する光４５のそれぞれの振幅が一定となる。また、式（２）はグレーデッド層４２内部の任意点ｉの光学膜厚が全て一定であることを特徴としている。これにより、グレーデッド層４２の内部で反射する光４５のそれぞれの干渉する位相が全てそろう。これを表した屈折率勾配５２は、光学膜厚に対して直線とはならず弓なりな曲線となる。この条件式（１）、（２）とグレーデッド層４２の総光学膜厚がλ／２の条件を満たすと、グレーデッド層の内部で完全に反射光４５を干渉で打ち消し合わせることができる。
【００２０】
しかし、このような屈折率勾配５２を実際に作製しようとすると、屈折率を非常に細かく制御した膜を作製する必要がある。また、総光学膜厚も考慮した膜にする必要があるため、製造上非常に繊細な技術を必要とし、量産性に乏しいという欠点がある。
【００２１】
一方、製造上この理想的な屈折率勾配５２から外れた屈折率勾配５１では、光学膜厚λ／２では完全に反射光４５が干渉して打ち消し合わない。図６に、それぞれの屈折率勾配での光学膜厚に対する反射率の模式図を示す。ここで、６１は屈折率勾配５１の反射率、６２は屈折率勾配５２の反射率である。屈折率勾配５２の反射率６２は、理想的な干渉を示すため、λ／２の整数倍のところで反射率が０になる。また、光学膜厚を厚くすれば厚くするほど、全体的な反射率が落ちるという特徴がある。一方、屈折率勾配５１の反射率６１は屈折率勾配が最適値でないため、初期のλ／２で反射率が０にならない。一方、光学膜厚が厚くなるほど反射率全体が落ちる。これは、理想的な干渉の膜厚で打ち消し合うよりも、光学膜厚が大きくなることで反射光４５のそれぞれが小さくなる効果の方が大きいためである。
【００２２】
光学膜厚がλ／２のときの、屈折率勾配５２の波長に対する反射率特性を図７に示す。基板はｄ線での屈折率が１．５８３の光学ガラスを使用した。グレーデッド層４２は、屈折率が１．５８から１．０まで変化するとした。このように、屈折率勾配５２が最適な場合、波長５５０ｎｍで反射率が０となる特性となる。一方、光学膜厚がλ／２のときの、屈折率勾配５１の波長に対する反射率特性を図８に示す。このように、屈折率勾配５１が最適でないため、干渉する波長５５０ｎｍの反射率が完全に落ちきらない。
【００２３】
また、光学膜厚が３λ／４のときの、屈折率勾配５２の波長に対する反射率特性を図９に示す。屈折率勾配が最適だが、干渉の膜厚が最適でないため波長５５０ｎｍでピークを持つ特性となっている。一方、光学膜厚が３λ／４のときの、屈折率勾配５１の波長に対する反射率特性を図１に示す。図９と同様に波長５５０ｎｍで反射率がピークを持つような特性となっている。しかし、図８と比べて全体的な反射率が落ちている。このように、屈折率勾配が最適値でない場合は、光学膜厚を厚くする効果の方が大きい。
【００２４】
このように屈折率勾配が最適でない場合、光学膜厚をできるだけ厚くするほうがよい。一方、グレーデッド層４２の光学膜厚を厚くすることは製造上難しいという問題がある。グレーデッド層を作製する場合、屈折率が徐々に変化するような膜を作製する必要がある。これは均質な屈折率を持つ薄膜３２とは異なり、屈折率の変化を調整しつづけながら成膜する必要性を持つ。そのような膜を厚膜化することは、製造時間の延長化や成膜の微調整が必要となってしまうため、好ましくない。
【００２５】
そこで本発明では、使用波長範囲の中心２／３の範囲内に反射率０．４％以下の極大値でありかつ最大値を持つことを特徴としている。使用波長範囲の中心２／３とは、使用波長範囲域があったとしたら、その中心から波長域の１／３ずつの範囲を表している。例えば使用波長域を４００〜７００ｎｍとした場合、波長４５０〜６５０ｎｍが指定の範囲である。通常反射防止を作製する場合は中心に干渉膜厚を持ってくることが望ましい。しかし、前述したように屈折率勾配５１のようなグレーデッド層４２を使用する場合、干渉膜厚で反射率が完全に落ちきるわけではない。そこで、干渉的には好ましくないが、使用波長の中心付近にピークを持つような光学膜厚までグレーデッド層４２を厚膜化し、使用することが好ましい。
【００２６】
また、光学膜厚がλ／４のときにも使用波長範囲の中心付近でピークを持つ特性になる。これは図６からも明らかなように、干渉膜厚λ／２に比べて反射率は高く、好ましくない。そこで、反射率は干渉的に最適な膜厚λ／２より厚いほうが好ましく、この条件を満たすとピークの反射率は０．４％以下となる。
【００２７】
また、本発明では、使用波長の範囲内で最大値以外に極大値を持たないことを特徴としている。使用波長範囲内に極大値を複数もつような特性を持つグレーデッド層４２は、十分に膜厚が厚いことを意味する。このような膜厚のグレーデッド層４２は、光学膜厚を厚くする効果が大きいため干渉の程度を気にする必要がない。そのため、本発明の課題は生じない。
【００２８】
また、本発明では使用波長範囲の両端の反射率のうち少なくとも一方は、最大値の反射率の半分以下であることを特徴としている。使用波長範囲のどちらか一方の反射率がピークの半分以下というのは、膜厚の影響よりも干渉の影響の方が強いことを意味している。干渉の影響が強いため、使用波長範囲の端の反射率を半分以下に抑えることができる。そのため、最大値の反射率に対して、広範囲で反射率を抑えることができる。
【００２９】
また、本発明ではグレーデッド層４２の光学厚みｄが以下の式（３）を満たすことを特徴としている。
【００３０】
【数２】
【００３１】
これは前述したように、光学厚みｄがグレーデッド層４２が最も干渉するλ／２の整数倍ではなく、干渉としては最も適さない（２ｍ−１）・λ／４の条件であることを意味している。しかし、λ／４はλ／２に比べて厚みが薄いため、本発明の効果は見込めない。ｄの範囲は厚みが薄いよりも厚いほうが効果的なため、上限の方が範囲が広い。下限は−０．２以内が好ましく、−０．１８以内がより好ましい。上限は０．２５以内が好ましく、０．２０以内がより好ましい。
【００３２】
本実施例である図１の構成は、光学膜厚が３λ／４であるため、式（３）の条件を満たしている。
【００３３】
また、本発明ではグレーデッド層の屈折率勾配５１が以下の条件を満たすことを特徴としている。
【００３４】
【数３】
【００３５】
ｎα：基板側から見てグレーデッド層の光学厚み１／４の位置の屈折率
ｎα＋１：ｎαに隣接する位置の屈折率
ｎβ：基板側から見てグレーデッド層の光学厚み３／４の位置の屈折率
ｎβ＋１：ｎβに隣接する位置の屈折率
図１０にｎα、ｎβのイメージ図を示す。図１０は図５を参考にしており、一点鎖線が屈折率勾配５１、破線が屈折率勾配５２に対応している。ここで１０１は屈折率勾配５１のｎα、１０２は屈折率勾配５１のｎβ、１０３は屈折率勾配５２のｎα、１０４は屈折率勾配５２のｎβである。基板側から見て光学厚み１／４とは、１０１、１０３の位置を表し、基板側から見て光学厚み３／４とは、１０２、１０４の位置を表す。ここで式（４）の両辺は、式（１）で表されるＡである。理想的な屈折率勾配５２だと、このＡの値はどの位置で比較しても一定である。一方、式（４）は屈折率勾配５１のように基板側の勾配がきつく、反対側の勾配が緩いことを表している。このように、理想的な屈折率勾配５２よりも下側に弓なりとなる勾配にすると、厚みを増やすことで反射率が低下しやすい。一方、屈折率勾配５２よりも上側に弓なりとなる勾配にしても、厚みを増やすことで反射率を低下させることが可能だが、効果が薄い。
【００３６】
本実施例の屈折率勾配５１は、理想的な屈折率勾配５２よりも下側に弓なりになっている。そのため、式（４）の条件を満たしている。
【実施例２】
【００３７】
図１３は、本発明の実施例２に関わる反射率特性である。横軸は波長、縦軸は反射率である。この特性の場合、反射率の最大値は波長５００ｎｍに存在し、０．１８％である。また、使用波長域の両端である波長４００ｎｍ、７００ｎｍでの反射率はそれぞれ０．１５、０．２８である。０．０６、０．０３である。これらの値は全て、上記した条件を全て満たしている。
【００３８】
本実施例２の構成を図１２に示す。ここで１２１は基板、１２２は使用する光の波長よりも細かい構造からなる、花弁状構造層である。構造層１２２の屈折率勾配を図１４に示す。基板にはｄ線における屈折率が１．５８３の硝材を用いた。屈折率勾配を見ると、板側から徐々に屈折率が低下している様子がわかる。この屈折率勾配は、式（４）の条件を満たしている。
【００３９】
本発明ではグレーデッド層４２は使用する光の波長よりも細かい構造を利用した微細構造層からなることを特徴としている。
【００４０】
微細構造でグレーデッド層を実現するには、その構造を調整する必要がある。まず、微細構造での振舞いを簡単に説明するために、反射防止構造の一例の概略図を図１１に示す。ここで、１１１は基板、１１２は反射防止構造体、１１３は反射防止構造体３２の構造間のピッチ、１１４は反射防止構造体１１２の構造部である。
【００４１】
反射防止構造体１１２は、ピッチ１１３が使用波長よりも小さいことを特徴としている。このような構造の内部では、光は構造体１１２が均質な膜であるかのように振舞うことが知られている。構造体１１２の内部では、その構造をなす材料の体積比に準じた特性を示す。図１１の構成を例にとると、構造体１１２の等価屈折率ｎｅｆｆは、構造部の屈折率ｎｓと構造部１１４の体積比ｆｆを使って、式（５）で簡略的に求められる。
ｎｅｆｆ＝ｆｆ・ｎｓ＋（１−ｆｆ） （５）
ここでｆｆは、｛（構造部１１４）／（構造間のピッチ１１３）｝で求められる。このｆｆを適切に選択することで、等価屈折率ｎｅｆｆは低屈折率な振舞いを示す。従来使用される薄膜材料で最も低屈折率な膜はフッ化マグネシウムであり、可視域でおよそ１．３８程度である。これ以上に低屈折率な構造体１１２を反射防止膜として利用すると、従来の膜では得られないような非常に高性能な反射防止性能を得ることができる。
【００４２】
ここでは説明のために構造体１１２は周期構造を例に挙げたが、構造間のピッチ１１２が使用光の波長以下ならば、構造体３２は非周期構造でもかまわない。
【００４３】
本発明ではグレーデッドな膜を特徴としている。そのため、微細構造をグレーデッド層として利用する場合、厚みに対して式（５）のｆｆが変わるような構造にする必要がある。ｆｆが厚み方向で変化するような微細構造の一例を図１２に示す。構造体１２２は周期構造ではなくランダムだが、その平均的なｆｆから求められるｎｅｆｆを持つ材料として振舞う。このような構造層１２２の場合、最も基板１２１側の充填率ｆｆに比べ、入射側の充填率ｆｆの方が小さい。そのため、構造層１２２は基板側から屈折率が徐々に小さくなるようなグレーデッド層と同様の振舞いを示す。
【００４４】
また、本発明は均質な膜を化学処理によって変質させて微細構造層１２２などを作製することを特徴としている。微細構造を作製する方法はいくつか知られている。一例として、ナノインプリンティングによる型の微細構造の転写や、電子ビームやフォトマスクによるリソグラフィからのエッチングでの構造の作製などが挙げられる。しかし、これらの作製法は厚みや構造の充填率の制御が非常にしにくいという欠点がある。一方、例えば酸化アルミの皮膜を６０〜１００度の温水に１０分以上浸漬させることで得られる花弁状膜が知られている。この方法は、皮膜自体は従来通りの方法で制御よく作製でき、その後の処理での変質も比較的制御しやすい。そのため、本発明の重要項目である厚みの制御がしやすいという利点がある。また、化学処理の方法によって微細構造の充填率も変化させられるため、式（４）を満たす微細構造も作製しやすいという利点がある。
【００４５】
また、本発明はグレーデッド層４２の最も基板４１側の屈折率ｎｂと、基板４１の屈折率ｎｓが以下の条件を満たすことを特徴とする光学素子。
０．００１＜│ｎｓ−ｎｂ│＜０．２ （６）
これは、グレーデッド層４２と基板４１の屈折率差ができるだけ小さい事を意味している。この屈折率差が大きいと、グレーデッド層４２である程度反射を落としても、グレーデッド層４２と基板４１の屈折率差での反射が大きくなってしまうという課題がある。そのため、式（６）を満たす条件に設定することで、反射率全体を抑えることができる。
【００４６】
実施例１、２ともに式（６）の条件を満たしている。
【００４７】
また、本発明はグレーデッド層４２の最も基板側の屈折率をｎｂ、最も基板から離れた側の屈折率をｎｔ、光学膜厚の中心における屈折率をｎとしたとき、以下の条件を満たすことを特徴としている。
【００４８】
【数４】
【００４９】
この条件式は、グレーデッド層４２の光学膜厚の中間での屈折率を表している。式（７）を満たすと、反射率の最大値が使用波長範囲の中心近くにある場合でも全体の反射率を下げることができる。式（７）の範囲は、０．８６〜０．９３が好ましく、さらには０．８７〜０．９１がより好ましい。実施例１の式（７）の値は０．９４、実施例２の値は０．８８と両者ともこの条件を満たしている。
【００５０】
また、本発明は反射防止膜がグレーデッド層４２のみで構成されていることを特徴としている。グレーデッド層４２のみで膜が構成されているため、反射率の影響をグレーデッド層のみで制御しやすいというメリットがある。また、微細構造１２２で反射防止させるときに、グレーデッド層全てを微細構造１２２にすることができるため、生産的に制御しやすいというメリットがある。
【００５１】
また、本発明はグレーデッド層１２２と基板１２１の間に１層以上の薄膜が挿入されていることを特徴としている。その構造を図１５に示す。ここで１５１は基板、１５２は微細構造層、１５３は薄膜である。この薄膜１５３は、構造層１５２と基板１５１間の反射防止膜として機能させる中間膜や、基板１５１を保護するための保護膜などの機能を付与することができる。
【００５２】
このような反射率を抑えた光学素子は、多くの光学機器で使用することができる。例えば、図１６には、本実施例の光学素子を用いた光学機器の例としてデジタルカメラを示している。
【００５３】
１６０はカメラ本体、１６１は本実施例を用いた撮像光学系である。１６２はカメラ本体１６０に内蔵され、撮影光学系１６１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。
【００５４】
１６３は撮像素子１６２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、１６４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子１６２上に形成された被写体像を観察するための電子ビューファインダである。
【００５５】
このように実施例の光学素子を撮像光学系などに利用することで、撮像光学系内での不要な反射を抑え、かつ光量の多いカメラを実現することができる。
【００５６】
なお、本実施例の光学素子は、液晶プロジェクターの照明光学系及び投射光学系等にも使用することができる。それにより、不要な反射を抑え、かつ光量の多い光学系を有する光学装置を提供することができる。
【００５７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５８】
４１ 基板
４２ 薄膜
４３ 光学素子
４４ 入射光
４５ グレーデッド層４２の内部で反射する光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子に関し、特にその光学素子の光学特性に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学部品に使われている部材には反射防止機能を付与することが一般的である。反射防止機能を有しない透明部材では、一面ごとに４〜８％程度の透過率の低下が見られる。例えば撮像光学系のように複数枚の透明部材を使用する系では、透過光量が著しく低下してしまい、好ましくない。
【０００３】
反射防止機能を付与するには、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１では透過部材の一面に反射防止膜を付与する手法の一つが提案されている。一般的な反射防止膜の作成法として、蒸着法やスパッタ法に代表される成膜装置を利用する方法が知られている。ただし、このような成膜装置では成膜できる材料が限定されているため、任意の屈折率の薄膜を得ることは難しい。そこで、高屈折率薄膜と低屈折率薄膜を選択的に導入して膜厚を適切に設定することで、仮想的に中間屈折率のような膜を得る手法が提案されている。
【０００４】
他の手法として、使用する光の波長よりも細かい構造を利用した反射防止構造体も提案されている。最も有名な概念が ”ｍｏｔｈ−ｅｙｅ” である。蛾の目の表面は非常に反射率が低いことが知られており、それは蛾の目特有の微細構造にあるということが知られている。光の波長よりも細かい構造では、光はその構造そのものを認識できずに一様な媒質のような振舞いを示す。そのとき、その構造体は構造を構成する材料の体積比に準じた屈折率を示す。それを利用すると、通常の材料では得られない低屈折率の構造体が実現できる。低屈折率な材料を使うことで、より高性能な反射防止機能を得ることができる。
【０００５】
特許文献２には、このような微細構造を利用した反射防止構造体として表面に向かって先細りになる形状が提案されている。このような形状にすることで、基板側から表面側にいくにつれて換算屈折率が徐々に小さくなることが提案されている。
【０００６】
特許文献３には、微細構造の突起構造の形状を規定している。突起構造の最凸部と最凹部の形状を比較し、最凸部の方が尖る形状にすることで最表面部、また構造と基板との境界での屈折率変化が緩くなり、低反射化することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭６１−５１２８３号公報
【特許文献２】特開２００５−６２６７４号公報
【特許文献３】特開２００３−２４０９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら特許文献１に開示されている内容では、反射防止膜に高屈折率材料を用いているために、広帯域の特性には劣るという問題点があった。また、特許文献２に開示されている内容では、屈折率を傾斜させるために微細構造を先細りにしているが、屈折率構造の最適な開示まではいたっていない。また、製造上の作りやすさなどを考慮した構成も開示されていない。また、特許文献３に開示されている内容では、界面での屈折率の変化のみに着目しているために、屈折率の変化が大きな部分が発生してしまい広帯域な特性が得られないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の光学素子は、基板の少なくとも一面に反射防止膜が設けられた光学素子において、前記反射防止膜は基板側からしだいに屈折率が小さくなるグレーデッド層を有し、前記グレーデッド層は使用波長範囲の中心２／３の範囲内に反射率０．４％以下の極大値でありかつ最大値を持つ反射率特性を示し、最大値以外に極大値を持たず、使用波長範囲の両端の反射率のうち少なくとも一方は、最大値の反射率の半分以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反射率特性と生産性を両立した光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光学素子の反射率特性を示す図。
【図２】薄膜を設けた光学素子の断面模式図。
【図３】均質な屈折率を持つ反射防止膜を設けた光学素子の断面模式図。
【図４】グレーデッド層を設けた光学素子の断面模式図。
【図５】グレーデッド層を反射防止膜として利用するときの、理想的な屈折率勾配と実施例の屈折率勾配を示す図。
【図６】各屈折率勾配での光学膜厚に対する反射率の模式図。
【図７】光学膜厚λ／２の理想的な屈折率勾配のグレーデッド層が形成された場合の反射率特性を示す図。
【図８】光学膜厚λ／２の本実施例の屈折率勾配のグレーデッド層が形成された場合の反射率特性を示す図。
【図９】光学膜厚３λ／４の理想的な屈折率勾配のグレーデッド層が形成された場合の反射率特性を示す図。
【図１０】屈折率勾配の模式図。
【図１１】光の波長よりも細かい構造の一例を示す図。
【図１２】光の波長よりも細かい構造のグレーデッド層の一例を示す図。
【図１３】本発明の第１の実施例に係る光学素子の反射率特性を示す図。
【図１４】本発明の第２の実施例に係る光学素子の屈折率勾配を示す図。
【図１５】微細構造と薄膜を組み合わせた光学素子の一例を示す図。
【図１６】本発明の光学素子を適用したデジタルカメラを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、説明のために使用波長域は可視域（波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）を例に記述するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１に関わる反射率特性である。横軸は波長、縦軸は反射率である。この特性の場合、反射率の最大値は波長５５０ｎｍに存在し、０．４０％である。また、使用波長域の両端である波長４００ｎｍ、７００ｎｍでの反射率はそれぞれ０．１５、０．２８である。
【００１４】
本発明では、基板側からしだいに屈折率が小さくなるグレーデッド層を利用していることを特徴としている。図２に、基板の一面に薄膜を設けた構造の一例を示す。ここで、２１は基板、２２は薄膜、２３は光学素子、２４入射光である。通常、このような光学素子に入射光２３が入射する場合、薄膜２２によって振舞いが異なる。
【００１５】
通常の屈折率が均一な薄膜を薄膜２２に用いた場合の光の反射の様子を図３に示す。ここで、３１は基板、３２は均質な屈折率を持つ薄膜、３３は光学素子、３４は入射光、３５は薄膜３２の表面で反射する光、３６は薄膜３２と基板３１の界面で反射する光である。このような薄膜３２では、入射光３４はその界面で反射し、その反射率特性は光３５、光３６の干渉で決まる。光３５と光３６を干渉させて打ち消しあわせるためには、薄膜３２の光学厚みがλ／４の整数倍である必要がある。
【００１６】
一方、厚み方向に屈折率が小さくなるグレーデッド層を薄膜２２に用いた場合の光の反射の様子を図４に示す。ここで、４１は基板、４２は厚み方向に屈折率が小さくなるグレーデッド層、４３は光学素子、４４は入射光、４５はグレーデッド層４２の内部で反射する光である。このようなグレーデッド層４２では、入射光４４はグレーデッド層４２の内部の屈折率変化に合わせて無数の光４５が反射する。その無数の光４５がそれぞれ干渉しあうことで、反射率特性が決まる。光４５を全て干渉させて打ち消しあわせるためには、グレーデッド層４２の光学厚みがλ／２の整数倍である必要がある。
【００１７】
しかし、このグレーデッド層４２が光学膜厚λ／２で干渉しあうのは、グレーデッド層４２の内部屈折率変化が理想状態のときだけである。図５に、グレーデッド層４２の光学膜厚に対する屈折率勾配を示す。この図では左側が基板側であり、基板側からグレーデッド層４２の屈折率が徐々に下がっている様子がわかる。ここで、５１は本実施例の屈折率勾配の一例、５２は理想的な屈折率勾配である。屈折率勾配５２は、以下の条件を満たしている。
【００１８】
【数１】
【００１９】
ｎｉ・ｔｉ＝一定 （２）
ここで、ｎｉはグレーデッド層４２の任意点ｉの屈折率、ｎｉ＋１はグレーデッド層４２の任意点ｉの隣接点ｉ＋１の屈折率、ｔｉはグレーデッド層４２の任意点ｉの物理膜厚である。式（１）は、ｎｉ、ｎｉ＋１から求められるＡｉがグレーデッド層４２内部の任意点ｉの全てで一定であることを特徴としている。これにより、グレーデッド層４２の内部で反射する光４５のそれぞれの振幅が一定となる。また、式（２）はグレーデッド層４２内部の任意点ｉの光学膜厚が全て一定であることを特徴としている。これにより、グレーデッド層４２の内部で反射する光４５のそれぞれの干渉する位相が全てそろう。これを表した屈折率勾配５２は、光学膜厚に対して直線とはならず弓なりな曲線となる。この条件式（１）、（２）とグレーデッド層４２の総光学膜厚がλ／２の条件を満たすと、グレーデッド層の内部で完全に反射光４５を干渉で打ち消し合わせることができる。
【００２０】
しかし、このような屈折率勾配５２を実際に作製しようとすると、屈折率を非常に細かく制御した膜を作製する必要がある。また、総光学膜厚も考慮した膜にする必要があるため、製造上非常に繊細な技術を必要とし、量産性に乏しいという欠点がある。
【００２１】
一方、製造上この理想的な屈折率勾配５２から外れた屈折率勾配５１では、光学膜厚λ／２では完全に反射光４５が干渉して打ち消し合わない。図６に、それぞれの屈折率勾配での光学膜厚に対する反射率の模式図を示す。ここで、６１は屈折率勾配５１の反射率、６２は屈折率勾配５２の反射率である。屈折率勾配５２の反射率６２は、理想的な干渉を示すため、λ／２の整数倍のところで反射率が０になる。また、光学膜厚を厚くすれば厚くするほど、全体的な反射率が落ちるという特徴がある。一方、屈折率勾配５１の反射率６１は屈折率勾配が最適値でないため、初期のλ／２で反射率が０にならない。一方、光学膜厚が厚くなるほど反射率全体が落ちる。これは、理想的な干渉の膜厚で打ち消し合うよりも、光学膜厚が大きくなることで反射光４５のそれぞれが小さくなる効果の方が大きいためである。
【００２２】
光学膜厚がλ／２のときの、屈折率勾配５２の波長に対する反射率特性を図７に示す。基板はｄ線での屈折率が１．５８３の光学ガラスを使用した。グレーデッド層４２は、屈折率が１．５８から１．０まで変化するとした。このように、屈折率勾配５２が最適な場合、波長５５０ｎｍで反射率が０となる特性となる。一方、光学膜厚がλ／２のときの、屈折率勾配５１の波長に対する反射率特性を図８に示す。このように、屈折率勾配５１が最適でないため、干渉する波長５５０ｎｍの反射率が完全に落ちきらない。
【００２３】
また、光学膜厚が３λ／４のときの、屈折率勾配５２の波長に対する反射率特性を図９に示す。屈折率勾配が最適だが、干渉の膜厚が最適でないため波長５５０ｎｍでピークを持つ特性となっている。一方、光学膜厚が３λ／４のときの、屈折率勾配５１の波長に対する反射率特性を図１に示す。図９と同様に波長５５０ｎｍで反射率がピークを持つような特性となっている。しかし、図８と比べて全体的な反射率が落ちている。このように、屈折率勾配が最適値でない場合は、光学膜厚を厚くする効果の方が大きい。
【００２４】
このように屈折率勾配が最適でない場合、光学膜厚をできるだけ厚くするほうがよい。一方、グレーデッド層４２の光学膜厚を厚くすることは製造上難しいという問題がある。グレーデッド層を作製する場合、屈折率が徐々に変化するような膜を作製する必要がある。これは均質な屈折率を持つ薄膜３２とは異なり、屈折率の変化を調整しつづけながら成膜する必要性を持つ。そのような膜を厚膜化することは、製造時間の延長化や成膜の微調整が必要となってしまうため、好ましくない。
【００２５】
そこで本発明では、使用波長範囲の中心２／３の範囲内に反射率０．４％以下の極大値でありかつ最大値を持つことを特徴としている。使用波長範囲の中心２／３とは、使用波長範囲域があったとしたら、その中心から波長域の１／３ずつの範囲を表している。例えば使用波長域を４００〜７００ｎｍとした場合、波長４５０〜６５０ｎｍが指定の範囲である。通常反射防止を作製する場合は中心に干渉膜厚を持ってくることが望ましい。しかし、前述したように屈折率勾配５１のようなグレーデッド層４２を使用する場合、干渉膜厚で反射率が完全に落ちきるわけではない。そこで、干渉的には好ましくないが、使用波長の中心付近にピークを持つような光学膜厚までグレーデッド層４２を厚膜化し、使用することが好ましい。
【００２６】
また、光学膜厚がλ／４のときにも使用波長範囲の中心付近でピークを持つ特性になる。これは図６からも明らかなように、干渉膜厚λ／２に比べて反射率は高く、好ましくない。そこで、反射率は干渉的に最適な膜厚λ／２より厚いほうが好ましく、この条件を満たすとピークの反射率は０．４％以下となる。
【００２７】
また、本発明では、使用波長の範囲内で最大値以外に極大値を持たないことを特徴としている。使用波長範囲内に極大値を複数もつような特性を持つグレーデッド層４２は、十分に膜厚が厚いことを意味する。このような膜厚のグレーデッド層４２は、光学膜厚を厚くする効果が大きいため干渉の程度を気にする必要がない。そのため、本発明の課題は生じない。
【００２８】
また、本発明では使用波長範囲の両端の反射率のうち少なくとも一方は、最大値の反射率の半分以下であることを特徴としている。使用波長範囲のどちらか一方の反射率がピークの半分以下というのは、膜厚の影響よりも干渉の影響の方が強いことを意味している。干渉の影響が強いため、使用波長範囲の端の反射率を半分以下に抑えることができる。そのため、最大値の反射率に対して、広範囲で反射率を抑えることができる。
【００２９】
また、本発明ではグレーデッド層４２の光学厚みｄが以下の式（３）を満たすことを特徴としている。
【００３０】
【数２】
【００３１】
これは前述したように、光学厚みｄがグレーデッド層４２が最も干渉するλ／２の整数倍ではなく、干渉としては最も適さない（２ｍ−１）・λ／４の条件であることを意味している。しかし、λ／４はλ／２に比べて厚みが薄いため、本発明の効果は見込めない。ｄの範囲は厚みが薄いよりも厚いほうが効果的なため、上限の方が範囲が広い。下限は−０．２以内が好ましく、−０．１８以内がより好ましい。上限は０．２５以内が好ましく、０．２０以内がより好ましい。
【００３２】
本実施例である図１の構成は、光学膜厚が３λ／４であるため、式（３）の条件を満たしている。
【００３３】
また、本発明ではグレーデッド層の屈折率勾配５１が以下の条件を満たすことを特徴としている。
【００３４】
【数３】
【００３５】
ｎα：基板側から見てグレーデッド層の光学厚み１／４の位置の屈折率
ｎα＋１：ｎαに隣接する位置の屈折率
ｎβ：基板側から見てグレーデッド層の光学厚み３／４の位置の屈折率
ｎβ＋１：ｎβに隣接する位置の屈折率
図１０にｎα、ｎβのイメージ図を示す。図１０は図５を参考にしており、一点鎖線が屈折率勾配５１、破線が屈折率勾配５２に対応している。ここで１０１は屈折率勾配５１のｎα、１０２は屈折率勾配５１のｎβ、１０３は屈折率勾配５２のｎα、１０４は屈折率勾配５２のｎβである。基板側から見て光学厚み１／４とは、１０１、１０３の位置を表し、基板側から見て光学厚み３／４とは、１０２、１０４の位置を表す。ここで式（４）の両辺は、式（１）で表されるＡである。理想的な屈折率勾配５２だと、このＡの値はどの位置で比較しても一定である。一方、式（４）は屈折率勾配５１のように基板側の勾配がきつく、反対側の勾配が緩いことを表している。このように、理想的な屈折率勾配５２よりも下側に弓なりとなる勾配にすると、厚みを増やすことで反射率が低下しやすい。一方、屈折率勾配５２よりも上側に弓なりとなる勾配にしても、厚みを増やすことで反射率を低下させることが可能だが、効果が薄い。
【００３６】
本実施例の屈折率勾配５１は、理想的な屈折率勾配５２よりも下側に弓なりになっている。そのため、式（４）の条件を満たしている。
【実施例２】
【００３７】
図１３は、本発明の実施例２に関わる反射率特性である。横軸は波長、縦軸は反射率である。この特性の場合、反射率の最大値は波長５００ｎｍに存在し、０．１８％である。また、使用波長域の両端である波長４００ｎｍ、７００ｎｍでの反射率はそれぞれ０．１５、０．２８である。０．０６、０．０３である。これらの値は全て、上記した条件を全て満たしている。
【００３８】
本実施例２の構成を図１２に示す。ここで１２１は基板、１２２は使用する光の波長よりも細かい構造からなる、花弁状構造層である。構造層１２２の屈折率勾配を図１４に示す。基板にはｄ線における屈折率が１．５８３の硝材を用いた。屈折率勾配を見ると、板側から徐々に屈折率が低下している様子がわかる。この屈折率勾配は、式（４）の条件を満たしている。
【００３９】
本発明ではグレーデッド層４２は使用する光の波長よりも細かい構造を利用した微細構造層からなることを特徴としている。
【００４０】
微細構造でグレーデッド層を実現するには、その構造を調整する必要がある。まず、微細構造での振舞いを簡単に説明するために、反射防止構造の一例の概略図を図１１に示す。ここで、１１１は基板、１１２は反射防止構造体、１１３は反射防止構造体３２の構造間のピッチ、１１４は反射防止構造体１１２の構造部である。
【００４１】
反射防止構造体１１２は、ピッチ１１３が使用波長よりも小さいことを特徴としている。このような構造の内部では、光は構造体１１２が均質な膜であるかのように振舞うことが知られている。構造体１１２の内部では、その構造をなす材料の体積比に準じた特性を示す。図１１の構成を例にとると、構造体１１２の等価屈折率ｎｅｆｆは、構造部の屈折率ｎｓと構造部１１４の体積比ｆｆを使って、式（５）で簡略的に求められる。
ｎｅｆｆ＝ｆｆ・ｎｓ＋（１−ｆｆ） （５）
ここでｆｆは、｛（構造部１１４）／（構造間のピッチ１１３）｝で求められる。このｆｆを適切に選択することで、等価屈折率ｎｅｆｆは低屈折率な振舞いを示す。従来使用される薄膜材料で最も低屈折率な膜はフッ化マグネシウムであり、可視域でおよそ１．３８程度である。これ以上に低屈折率な構造体１１２を反射防止膜として利用すると、従来の膜では得られないような非常に高性能な反射防止性能を得ることができる。
【００４２】
ここでは説明のために構造体１１２は周期構造を例に挙げたが、構造間のピッチ１１２が使用光の波長以下ならば、構造体３２は非周期構造でもかまわない。
【００４３】
本発明ではグレーデッドな膜を特徴としている。そのため、微細構造をグレーデッド層として利用する場合、厚みに対して式（５）のｆｆが変わるような構造にする必要がある。ｆｆが厚み方向で変化するような微細構造の一例を図１２に示す。構造体１２２は周期構造ではなくランダムだが、その平均的なｆｆから求められるｎｅｆｆを持つ材料として振舞う。このような構造層１２２の場合、最も基板１２１側の充填率ｆｆに比べ、入射側の充填率ｆｆの方が小さい。そのため、構造層１２２は基板側から屈折率が徐々に小さくなるようなグレーデッド層と同様の振舞いを示す。
【００４４】
また、本発明は均質な膜を化学処理によって変質させて微細構造層１２２などを作製することを特徴としている。微細構造を作製する方法はいくつか知られている。一例として、ナノインプリンティングによる型の微細構造の転写や、電子ビームやフォトマスクによるリソグラフィからのエッチングでの構造の作製などが挙げられる。しかし、これらの作製法は厚みや構造の充填率の制御が非常にしにくいという欠点がある。一方、例えば酸化アルミの皮膜を６０〜１００度の温水に１０分以上浸漬させることで得られる花弁状膜が知られている。この方法は、皮膜自体は従来通りの方法で制御よく作製でき、その後の処理での変質も比較的制御しやすい。そのため、本発明の重要項目である厚みの制御がしやすいという利点がある。また、化学処理の方法によって微細構造の充填率も変化させられるため、式（４）を満たす微細構造も作製しやすいという利点がある。
【００４５】
また、本発明はグレーデッド層４２の最も基板４１側の屈折率ｎｂと、基板４１の屈折率ｎｓが以下の条件を満たすことを特徴とする光学素子。
０．００１＜│ｎｓ−ｎｂ│＜０．２ （６）
これは、グレーデッド層４２と基板４１の屈折率差ができるだけ小さい事を意味している。この屈折率差が大きいと、グレーデッド層４２である程度反射を落としても、グレーデッド層４２と基板４１の屈折率差での反射が大きくなってしまうという課題がある。そのため、式（６）を満たす条件に設定することで、反射率全体を抑えることができる。
【００４６】
実施例１、２ともに式（６）の条件を満たしている。
【００４７】
また、本発明はグレーデッド層４２の最も基板側の屈折率をｎｂ、最も基板から離れた側の屈折率をｎｔ、光学膜厚の中心における屈折率をｎとしたとき、以下の条件を満たすことを特徴としている。
【００４８】
【数４】
【００４９】
この条件式は、グレーデッド層４２の光学膜厚の中間での屈折率を表している。式（７）を満たすと、反射率の最大値が使用波長範囲の中心近くにある場合でも全体の反射率を下げることができる。式（７）の範囲は、０．８６〜０．９３が好ましく、さらには０．８７〜０．９１がより好ましい。実施例１の式（７）の値は０．９４、実施例２の値は０．８８と両者ともこの条件を満たしている。
【００５０】
また、本発明は反射防止膜がグレーデッド層４２のみで構成されていることを特徴としている。グレーデッド層４２のみで膜が構成されているため、反射率の影響をグレーデッド層のみで制御しやすいというメリットがある。また、微細構造１２２で反射防止させるときに、グレーデッド層全てを微細構造１２２にすることができるため、生産的に制御しやすいというメリットがある。
【００５１】
また、本発明はグレーデッド層１２２と基板１２１の間に１層以上の薄膜が挿入されていることを特徴としている。その構造を図１５に示す。ここで１５１は基板、１５２は微細構造層、１５３は薄膜である。この薄膜１５３は、構造層１５２と基板１５１間の反射防止膜として機能させる中間膜や、基板１５１を保護するための保護膜などの機能を付与することができる。
【００５２】
このような反射率を抑えた光学素子は、多くの光学機器で使用することができる。例えば、図１６には、本実施例の光学素子を用いた光学機器の例としてデジタルカメラを示している。
【００５３】
１６０はカメラ本体、１６１は本実施例を用いた撮像光学系である。１６２はカメラ本体１６０に内蔵され、撮影光学系１６１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。
【００５４】
１６３は撮像素子１６２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、１６４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子１６２上に形成された被写体像を観察するための電子ビューファインダである。
【００５５】
このように実施例の光学素子を撮像光学系などに利用することで、撮像光学系内での不要な反射を抑え、かつ光量の多いカメラを実現することができる。
【００５６】
なお、本実施例の光学素子は、液晶プロジェクターの照明光学系及び投射光学系等にも使用することができる。それにより、不要な反射を抑え、かつ光量の多い光学系を有する光学装置を提供することができる。
【００５７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５８】
４１ 基板
４２ 薄膜
４３ 光学素子
４４ 入射光
４５ グレーデッド層４２の内部で反射する光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の少なくとも一面に反射防止膜が設けられた光学素子において、
前記反射防止膜は基板側からしだいに屈折率が小さくなるグレーデッド層を有し、
前記グレーデッド層は使用波長範囲の中心２／３の範囲内に反射率０．４％以下の極大値でありかつ最大値を持つ反射率特性を示し、
最大値以外に極大値を持たず、
使用波長範囲の両端の反射率のうち少なくとも一方は、最大値の反射率の半分以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記グレーデッド層の光学厚みｄが以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【数１】
【請求項３】
前記グレーデッド層の屈折率勾配が以下の条件を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【数２】
ｎα：基板側から見てグレーデッド層の光学厚み１／４の位置の屈折率
ｎα＋１：ｎαに隣接する位置の屈折率
ｎβ：基板側から見てグレーデッド層の光学厚み３／４の位置の屈折率
ｎβ＋１：ｎβに隣接する位置の屈折率
【請求項４】
前記グレーデッド層は使用する光の波長よりも細かい微細構造を利用した微細構造層からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記微細構造層は、均質な膜を化学処理によって変質させて前記微細構造が作製されていることを特徴とする請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記グレーデッド層の最も基板側の屈折率ｎｂと、基板の屈折率ｎｓが以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光学素子。
０．００１＜│ｎｓ−ｎｂ│＜０．２
【請求項７】
前記使用波長範囲は４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記グレーデッド層の最も基板側の屈折率をｎｂ、最も基板から離れた側の屈折率をｎｔ、光学膜厚の中心における屈折率をｎとしたとき、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光学素子。
【数３】
【請求項９】
前記反射防止膜は前記グレーデッド層のみで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記グレーデッド層と前記基板の間に１層以上の薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の光学素子を有する光学系。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学系を有する光学装置。
【請求項１】
基板の少なくとも一面に反射防止膜が設けられた光学素子において、
前記反射防止膜は基板側からしだいに屈折率が小さくなるグレーデッド層を有し、
前記グレーデッド層は使用波長範囲の中心２／３の範囲内に反射率０．４％以下の極大値でありかつ最大値を持つ反射率特性を示し、
最大値以外に極大値を持たず、
使用波長範囲の両端の反射率のうち少なくとも一方は、最大値の反射率の半分以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記グレーデッド層の光学厚みｄが以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【数１】
【請求項３】
前記グレーデッド層の屈折率勾配が以下の条件を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【数２】
ｎα：基板側から見てグレーデッド層の光学厚み１／４の位置の屈折率
ｎα＋１：ｎαに隣接する位置の屈折率
ｎβ：基板側から見てグレーデッド層の光学厚み３／４の位置の屈折率
ｎβ＋１：ｎβに隣接する位置の屈折率
【請求項４】
前記グレーデッド層は使用する光の波長よりも細かい微細構造を利用した微細構造層からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記微細構造層は、均質な膜を化学処理によって変質させて前記微細構造が作製されていることを特徴とする請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記グレーデッド層の最も基板側の屈折率ｎｂと、基板の屈折率ｎｓが以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光学素子。
０．００１＜│ｎｓ−ｎｂ│＜０．２
【請求項７】
前記使用波長範囲は４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記グレーデッド層の最も基板側の屈折率をｎｂ、最も基板から離れた側の屈折率をｎｔ、光学膜厚の中心における屈折率をｎとしたとき、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光学素子。
【数３】
【請求項９】
前記反射防止膜は前記グレーデッド層のみで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記グレーデッド層と前記基板の間に１層以上の薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の光学素子を有する光学系。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学系を有する光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
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【公開番号】特開２０１０−２７１５３４（Ｐ２０１０−２７１５３４Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３１８１（Ｐ２００９−１２３１８１）
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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