反射防止膜、光学系、及び光学機器
【課題】可視光から近赤外域までの帯域を持つ反射防止膜を提供する。
【解決手段】屈折率nHが1.95〜2.32の高屈折率物質と屈折率nLが1.35〜1.46の低屈折率物質を交互に積層させた12層の積層体を有し、波長範囲400nm〜680nmの反射率が1.5%以下であり、かつ、波長範囲680nm〜1350nmの反射率が2.0%以下である。この積層体が形成される基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層が高屈折率層であり、第2、第4、第6、第8、第10、及び第12層が低屈折率層であり、積層体の各層において、屈折率と物理膜厚dの積である光学膜厚が、所定の式を満足する。
【解決手段】屈折率nHが1.95〜2.32の高屈折率物質と屈折率nLが1.35〜1.46の低屈折率物質を交互に積層させた12層の積層体を有し、波長範囲400nm〜680nmの反射率が1.5%以下であり、かつ、波長範囲680nm〜1350nmの反射率が2.0%以下である。この積層体が形成される基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層が高屈折率層であり、第2、第4、第6、第8、第10、及び第12層が低屈折率層であり、積層体の各層において、屈折率と物理膜厚dの積である光学膜厚が、所定の式を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、反射防止膜、この反射防止膜を有する光学系、及び、この光学系を有する光学機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、医療、化学分野において、観察対象に蛍光たんぱく質を含む試薬を投与し、ある一定の波長の光を当てると、試薬から別の波長の光が蛍光され、細胞等の観察を行うことが出来る蛍光顕微鏡の用途が拡大している。その一つとして、多光子吸収顕微鏡がある。
【0003】
多光子吸収顕微鏡は、励起光として高出力を得る目的からレーザの高次、例えば2次を用いる。すなわち、可視光励起に対して、レーザの波長は赤外光となる。
よって、多光子吸収顕微鏡において光学系は、観察用の蛍光(可視光)と、蛍光を発生させる励起レーザ用の近赤外光と、を透過させる必要がある。そのため、可視光から近赤外を透過させる反射防止膜が必要とされてきた。励起光には蛍光観察波長の約2倍の波長の光が必要になる。蛍光観察では使用される試薬によって観察に使われる波長が決定する。使用される波長はおおよそ500nm前後であるので、近赤外(約1000nm)までの波長を透過すれば良い。
【0004】
一般的に知られている反射防止膜は可視光(波長範囲400nm〜680nm)を透過させるもので非特許文献1に3層での反射防止膜の設計が記載されている。特許文献1では可視光を含まない近赤外域のみの反射防止膜が提案されている。また、可視光が必要な場合には近赤外域の光は遮断されることが多いため、特許文献2のように可視光透過、近赤外域反射という反射防止膜が提案されている。可視光〜近赤外域の反射防止膜では特許文献3において波長範囲400nm〜1100nmまで透過する反射防止膜が得られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2005−275294号公報
【特許文献2】特開平9−325211号公報
【特許文献3】特開2005−338366号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】H.A.Macleod著「光学薄膜」日刊工業新聞社出版、1989年12月、P.129〜130
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、蛍光観察で使用できる波長は、被観察物に応じた新試薬の開発により可視光全域にわたり可能になりつつある。可視光すべてでの蛍光観察を行うためには、可視光(400nm〜680nm)と励起用レーザ光(800nm〜1350nm)を透過できる光学系が必要となる。つまり、波長範囲400nm〜1350nmという範囲、すなわち可視光の約2倍の透過帯域が必要となる。
【0008】
図25は、従来の多光子吸収顕微鏡の概略構成を示す図である。
図25に示す多光子吸収顕微鏡においては、レーザ光源101で発振させた短パルスレーザ光を多層膜フィルタ102で反射させ、観察台103上に置いた観察対象Sに照射する。このレーザ光の照射によって観察対象Sで発生した励起光は、多層膜フィルタ102を透過して観察者Bによる観察が可能となる。多層膜フィルタ102の特性としては、短パルスレーザ光の波長を含む反射帯域においてはパルス幅が広げることがなく、可視領域においては、観察対象Sで発生した励起光を観察のために透過させることが求められる。
【0009】
図25に示す多光子吸収顕微鏡では、観察を行うための対物レンズに波長範囲400nm〜1350nmの反射防止膜が必要となる。また、観察を行いやすくするための周辺アプリケーションを含めると波長1600nmまでの光を透過できることが望ましい。しかし、非特許文献1や特許文献1に記載されている反射防止膜では、可視光か近赤外域かのどちらか一方の光しか透過させることができない。また、特許文献3に記載されている反射防止膜では透過帯域の幅が足りず、波長1350nmで反射率7%、波長1600nmでは反射率16%と、レンズや基板以上の反射率となり、反射防止膜の役目を果たしていない。
【0010】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、可視光から近赤外域(波長範囲400nm〜1350nm)までの帯域を持つ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】
【0011】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る反射防止膜は、屈折率nHが1.95〜2.32の高屈折率物質と屈折率nLが1.35〜1.46の低屈折率物質を交互に積層させた12層の積層体を有し、波長範囲400nm〜680nmの反射率が1.5%以下であり、かつ、波長範囲680nm〜1350nmの反射率が2.0%以下であることを特徴としている。
【0012】
本発明に係る反射防止膜においては、この積層体が形成される基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層が高屈折率層であり、第2、第4、第6、第8、第10、及び第12層が低屈折率層であり、積層体の各層において、屈折率と物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足することが好ましい。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【0013】
本発明に係る反射防止膜において、高屈折率物質はTiO2、Nb2O5、Ta2O5、HfO2、又はそれらとLa、Zrの混合物であり、低屈折率物質はSiO2、MgF2、又はそれらの混合物であることが好ましい。
【0014】
本発明に係る反射防止膜において、基板の屈折率は1.48〜1.8の範囲内にあることが好ましい。
【0015】
本発明に係る光学系は、上述の本発明に係る反射防止膜のいずれかが形成された基板を2枚以上備えたことを特徴としている。
【0016】
本発明に係る光学機器は、上述の本発明に係る光学系を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【0017】
本発明に係る反射防止膜は、可視光と、その約2倍の波長の励起光と、を透過する光学系を組むことができ、それにより、可視光全域に渡り蛍光観察を行うことが出来るようになる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】実施例1、実施例2、及び実施例3に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図2】実施例1に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図3】実施例1、実施例2、及び実施例3に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。
【図4】実施例2に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図5】実施例3に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図6】実施例4、実施例5、及び実施例6に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図7】実施例4に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図8】実施例4、実施例5、及び実施例6に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。
【図9】実施例5に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図10】実施例6に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図11】実施例7、実施例8、及び実施例9に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図12】実施例7に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図13】実施例7、実施例8、及び実施例9に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。
【図14】実施例8に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図15】実施例9に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図16】実施例10に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図17】実施例10に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図18】実施例10、実施例11、実施例12、及び実施例13に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。
【図19】実施例11に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図20】実施例11に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図21】実施例12に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図22】実施例12に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図23】実施例13に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図24】実施例13に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図25】従来の多光子吸収顕微鏡の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下に、本発明に係る反射防止膜、光学系、及び光学機器の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
まず、本発明に係る反射防止膜の構成・作用・効果について説明する。
【0020】
本発明に係る反射防止膜は、波長範囲400nm〜680nmの反射率が1.5%以下であり、かつ、波長範囲680nm〜1350nmの反射率が2.0%以下であることを特徴としている。
これにより、可視光と、その約2倍の波長の励起光と、を透過する光学系を組むことができ、それにより、可視光全域に渡り蛍光観察を行うことが出来るようになる。
【0021】
ここで、可視域(波長範囲400nm〜680nm)で発生する励起光は強度が微弱であるため、できるだけ透過光のロスを少なくするには、反射率1.5%以下が好ましく、1%以下とすることがさらに好ましい。
一方、励起光として使用する、波長範囲680nm〜1350nmのレーザは強度が非常に強いため、反射防止効果は5%以下が好ましく、より好ましくは2%以下、さらに好ましくは1.5%以下がよい。
【0022】
本発明に係る反射防止膜においては、屈折率nHが1.95〜2.32の高屈折率物質と屈折率nLが1.35〜1.46の低屈折率物質を交互に積層させた12層の積層体を有し、この積層体が形成される基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層が高屈折率層であり、第2、第4、第6、第8、第10、及び第12層が低屈折率層であり、積層体の各層において、屈折率と物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足することが好ましい。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【0023】
本発明に係る反射防止膜において、高屈折率物質はTiO2、Nb2O5、Ta2O5、HfO2、又はそれらとLa、Zrの混合物であり、低屈折率物質はSiO2、MgF2、又はそれらの混合物であることが好ましい。
【0024】
本発明に係る反射防止膜において、基板の屈折率は1.48〜1.8の範囲内にあることが好ましい。
【0025】
本発明に係る光学系は、上述の本発明に係る反射防止膜のいずれかが形成された基板を2枚以上備えたことを特徴としている。
【0026】
本発明に係る光学機器は、上述の本発明に係る光学系を有することを特徴としている。
【0027】
高屈折率物質と低屈折率物質はそれぞれ1種類である必要はなく、例えば、2層目と4層目が互いに異なる低屈折率物質であっても良い。成膜方法においても、真空蒸着、IADやプラズマによるアシスト、スパッタリング、イオンビームスパッタ、スピンコート、ディッピングと手法は限定しない。
【0028】
本発明に係る反射防止膜は、顕微鏡用の対物レンズに用いることが望ましいが、例えば、カメラ、眼鏡、望遠鏡等のレンズ、プリズム、フィルタにも適用することが出来る。本発明に係る光学機器は、例えば、これらの光学機器であり、本発明に係る光学系は、例えば、これらの光学機器が有する光学系である。
【0029】
(実施例1〜3)
図1は、実施例1、実施例2、及び実施例3に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図2は、実施例1に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図3は、実施例1、実施例2、及び実施例3に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。図4は、実施例2に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図5は、実施例3に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【0030】
図1においては、各層の光学膜厚を示している。図2においては、基板の屈折率nが1.48、1.45、1.54である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図4においては、基板の屈折率nが1.60、1.54、1.64である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図5においては、基板の屈折率nが1.70、1.65、1.80である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図3においては、図2、4、5に示す基板について、平均反射率及び最大反射率を示している。
【0031】
実施例1〜3の反射防止膜は、図1に示すように、基板上に、高屈折率物質としてのHfO2(屈折率nH=1.99)と、低屈折率物質としてのSiO2(屈折率nL=1.45)及びMgF2(屈折率nL=1.38)と、を交互に積層させた12層の積層体である。高屈折率物質としてのHfO2は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのSiO2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、及び第10層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は第12層(最表層)に配置されている。
【0032】
ここで、積層体の各層において、屈折率nH、nLと物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足している。この光学膜厚は、設計波長550nmにおける、設計波長/4=1.00とした値である。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【0033】
(実施例1)
図2、図3に示すように、実施例1の反射防止膜は、屈折率1.45〜1.54までの範囲のいずれの基板上においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0034】
具体的には、図3に示すように、屈折率1.48の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大0.93%、平均0.78%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.33%、平均1.15%である。
また、屈折率1.45の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.09%、平均0.78%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.39%、平均1.19%である。
さらにまた、屈折率1.54の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.11%、平均0.83%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.57%、平均1.11%である。
【0035】
(実施例2)
図3、図4に示すように、実施例2の反射防止膜は、屈折率1.54〜1.64までの範囲のいずれの基板においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0036】
具体的には、図3に示すように、屈折率1.60の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大0.98%、平均0.82%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.59%、平均1.20%である。
また、屈折率1.54の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.24%、平均0.82%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.66%、平均1.30%である。
さらにまた、屈折率1.64の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.23%、平均0.87%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.58%、平均1.15%である。
【0037】
(実施例3)
図3、図5に示すように、実施例3の反射防止膜は、屈折率1.65〜1.80までの範囲のいずれの基板上においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0038】
具体的には、図3に示すように、屈折率1.70の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.02%、平均0.85%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.73%、平均1.25%である。
また、屈折率1.65の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.07%、平均0.86%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.73%、平均1.22%である。
さらにまた、屈折率1.80の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.45%、平均0.93%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.84%、平均1.17%である。
【0039】
(実施例4〜6)
図6は、実施例4、実施例5、及び実施例6に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図7は、実施例4に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図8は、実施例4、実施例5、及び実施例6に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。図9は、実施例5に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図10は、実施例6に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【0040】
図6においては、各層の光学膜厚を示している。図7においては、基板の屈折率nが1.48、1.45、1.54である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図9においては、基板の屈折率nが1.60、1.54、1.64である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図10においては、基板の屈折率nが1.70、1.65、1.80である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図8においては、図7、9、10に示す基板について、平均反射率及び最大反射率を示している。
【0041】
実施例4〜6の反射防止膜は、図6に示すように、基板上に、高屈折率物質としてのTiO2(nH=屈折率2.22)と、低屈折率物質としてのMgF2(屈折率nL=1.38)を交互に積層させた12層の積層体である。高屈折率物質としてのTiO2は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、第10、及び第12層に配置されている。
【0042】
ここで、積層体の各層において、屈折率nH、nLと物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足している。この光学膜厚は、設計波長550nmにおける、設計波長/4=1.00とした値である。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【0043】
(実施例4)
図7、図8に示すように、実施例4の反射防止膜は、屈折率1.45〜1.54までの範囲のいずれの基板上においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0044】
具体的には、図8に示すように、屈折率1.48の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.04%、平均0.69%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.47%、平均1.05%である。
また、屈折率1.45の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.17%、平均0.69%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.65%、平均1.12%である。
さらにまた、屈折率1.54の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.23%、平均0.75%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.33%、平均0.97%である。
【0045】
(実施例5)
図8、図9に示すように、実施例5の反射防止膜は、屈折率1.54〜1.64までの範囲のいずれの基板においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0046】
具体的には、図8に示すように、屈折率1.60の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大0.98%、平均0.72%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.33%、平均1.05%である。
また、屈折率1.54の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.29%、平均0.71%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.60%、平均1.16%である。
さらにまた、屈折率1.64の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.12%、平均0.76%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.32%、平均1.00%である。
【0047】
(実施例6)
図8、図10に示すように、実施例6の反射防止膜は、屈折率1.65〜1.80までの範囲のいずれの基板上においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0048】
具体的には、図8に示すように、屈折率1.70の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大0.92、平均0.71%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.26%、平均1.05%である。
また、屈折率1.65の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.22%、平均0.70%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.54%、平均1.15%である。
さらにまた、屈折率1.80の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.30%、平均0.83%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.57%、平均0.99%である。
【0049】
(実施例7〜9)
図11は、実施例7、実施例8、及び実施例9に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図12は、実施例7に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図13は、実施例7、実施例8、及び実施例9に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。図14は、実施例8に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図15は、実施例9に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【0050】
図11においては、各層の光学膜厚を示している。
図12においては、基板の屈折率nが1.48、1.45、1.54である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図14においては、基板の屈折率nが1.60、1.54、1.64である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図15においては、基板の屈折率nが1.70、1.65、1.80である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図13においては、図12、14、15に示す基板について、平均反射率及び最大反射率を示している。
【0051】
実施例7〜9の反射防止膜は、図11に示すように、基板上に、高屈折率物質としてのTa2O5(nH=屈折率2.22)と、低屈折率物質としてのSiO2(屈折率nL=1.45)及びMgF2(屈折率nL=1.38)と、を交互に積層させた12層の積層体である。高屈折率物質としてのTa2O5は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのSiO2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、及び第10層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は第12層に配置されている。
【0052】
ここで、積層体の各層において、屈折率nH、nLと物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足している。この光学膜厚は、設計波長550nmにおける、設計波長/4=1.00とした値である。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【0053】
(実施例7)
図12、図13に示すように、実施例7の反射防止膜は、屈折率1.45〜1.54までの範囲のいずれの基板上においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0054】
具体的には、図13に示すように、屈折率1.48の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大0.97%、平均0.75%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.13%、平均0.92%である。
また、屈折率1.45の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大0.98%、平均0.73%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.35%、平均0.97%である。
さらにまた、屈折率1.54の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.31%、平均0.83%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.23%、平均0.87%である。
【0055】
(実施例8)
図13、図14に示すように、実施例8の反射防止膜は、屈折率1.54〜1.64までの範囲のいずれの基板においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0056】
具体的には、図13に示すように、屈折率1.60の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.11%、平均0.82%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.23%、平均1.01%である。
また、屈折率1.54の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.22%、平均0.81%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.63%、平均1.10%である。
さらにまた、屈折率1.64の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.15%、平均0.87%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.39%、平均0.99%である。
【0057】
(実施例9)
図13、図15に示すように、実施例9の反射防止膜は、屈折率1.65〜1.80までの範囲のいずれの基板上においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0058】
具体的には、図13に示すように、屈折率1.70の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.01%、平均0.75%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.12%、平均1.0.91%である。
また、屈折率1.65の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.11%、平均0.74%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.52%、平均0.99%である。
さらにまた、屈折率1.80の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.28%、平均0.87%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.49%、平均0.88%である。
【0059】
(実施例10〜13)
図16は、実施例10に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図17は、実施例10に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図18は、実施例10、実施例11、実施例12、及び実施例13に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。図19は、実施例11に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図20は、実施例11に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図21は、実施例12に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図22は、実施例12に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図23は、実施例13に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図24は、実施例13に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【0060】
図16、図19、図21、及び図23においては、各層の光学膜厚を示している。
図18においては、実施例10〜13について、平均反射率及び最大反射率を示している。
【0061】
ここで、積層体の各層において、屈折率nH、nLと物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足している。この光学膜厚は、設計波長550nmにおける、設計波長/4=1.00とした値である。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【0062】
(実施例10)
実施例10の反射防止膜は、図16に示すように、屈折率1.49の基板上に、高屈折率物質としてのTa2O5(nH=屈折率2.22)と、低屈折率物質としてのSiO2(屈折率nL=1.45)及びMgF2(屈折率nL=1.38)と、を交互に積層させた12層の積層体である。高屈折率物質としてのTa2O5は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのSiO2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、及び第10層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は第12層(最表層)に配置されている。
【0063】
図17、図18に示すように、実施例10の反射防止膜は、波長範囲400nm〜680nmでは反射率が最大1.26%、平均0.93%であり1.5%以下となり、波長範囲680nm〜1350nmでは反射率が最大0.97%、平均0.75%であり2.0%以下の分光特性を示す。
【0064】
(実施例11)
実施例11の反射防止膜は、図19に示すように、屈折率1.57の基板上に、高屈折率物質としてのHfO2(屈折率nH=1.99)と、低屈折率物質としてのSiO2(屈折率nL=1.45)及びMgF2(屈折率nL=1.38)と、を交互に積層させた12層の積層体である。高屈折率物質としてのHfO2は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのSiO2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、及び第10層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は第12層(最表層)に配置されている。
【0065】
図18、図20に示すように、実施例11の反射防止膜は、波長範囲400nm〜680nmでは反射率が最大1.39%、平均0.93%であり1.5%以下となり、波長範囲680nm〜1350nmでは反射率が最大1.16%、平均0.79%であり2.0%以下の分光特性を示す。
【0066】
(実施例12)
実施例12の反射防止膜は、図21に示すように、屈折率1.57の基板上に、高屈折率物質としてのTiO2(屈折率nH=2.32)と、低屈折率物質としてのMgF2(屈折率nL=1.38)と、を交互に積層させた12層の積層体である。高屈折率物質としてのTiO2は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、第10、及び第12層(最表層)に配置されている。
【0067】
図18、図22に示すように、実施例12の反射防止膜は、波長範囲400nm〜680nmでは反射率が最大1.30%、平均0.93%であって1.5%以下となり、波長範囲680nm〜1350nmでは反射率が最大0.93%、平均0.74%であり2.0%以下の分光特性を示す。
【0068】
(実施例13)
上述の実施例において、光学部品の表面との密着度を高めたり、反射防止膜を施した光学部品の最表層の撥水性・防曇性・耐久性を高めるなどの目的で、光学部品と第1層との間、及び/又は、第12層のさらに外側に、光学特性に大きな影響を与えない範囲内で、別の層を付与してもよい。
【0069】
この例として、実施例13の反射防止膜は、実施例10と同様の層材料を備えた積層体において、第12層の外側にSiO2のオーバーコートを行っている。
すなわち、実施例13の反射防止膜は、図23に示すように、屈折率1.49の基板上に、高屈折率物質としてのTa2O5(屈折率nH=2.22)と、低屈折率物質としてのSiO2(屈折率nL=1.45)及びMgF2(屈折率nL=1.38)と、を交互に積層させた12層の積層体の最表層上に、第13層としてSiO2が積層されている。ここで、高屈折率物質としてのTa2O5は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのSiO2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、第10、及び第13層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は第12層に配置されている。
【0070】
図18、図24に示すように、実施例13の反射防止膜は、波長範囲400nm〜680nmでは反射率が最大1.26%、平均0.93%であり1.5%以下となり、波長範囲680nm〜1350nmでは反射率が最大0.97%、平均0.75%であり2.0%以下の分光特性を示す。
【産業上の利用可能性】
【0071】
以上のように、本発明に係る反射防止膜は、対物レンズに可視光から近赤外域までの波長範囲の反射防止膜が必要となる多光子顕微鏡に有用である。
【符号の説明】
【0072】
101 レーザ光源
102 多層膜フィルタ
103 観察台
S 観察対象
【技術分野】
【0001】
本発明は、反射防止膜、この反射防止膜を有する光学系、及び、この光学系を有する光学機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、医療、化学分野において、観察対象に蛍光たんぱく質を含む試薬を投与し、ある一定の波長の光を当てると、試薬から別の波長の光が蛍光され、細胞等の観察を行うことが出来る蛍光顕微鏡の用途が拡大している。その一つとして、多光子吸収顕微鏡がある。
【0003】
多光子吸収顕微鏡は、励起光として高出力を得る目的からレーザの高次、例えば2次を用いる。すなわち、可視光励起に対して、レーザの波長は赤外光となる。
よって、多光子吸収顕微鏡において光学系は、観察用の蛍光(可視光)と、蛍光を発生させる励起レーザ用の近赤外光と、を透過させる必要がある。そのため、可視光から近赤外を透過させる反射防止膜が必要とされてきた。励起光には蛍光観察波長の約2倍の波長の光が必要になる。蛍光観察では使用される試薬によって観察に使われる波長が決定する。使用される波長はおおよそ500nm前後であるので、近赤外(約1000nm)までの波長を透過すれば良い。
【0004】
一般的に知られている反射防止膜は可視光(波長範囲400nm〜680nm)を透過させるもので非特許文献1に3層での反射防止膜の設計が記載されている。特許文献1では可視光を含まない近赤外域のみの反射防止膜が提案されている。また、可視光が必要な場合には近赤外域の光は遮断されることが多いため、特許文献2のように可視光透過、近赤外域反射という反射防止膜が提案されている。可視光〜近赤外域の反射防止膜では特許文献3において波長範囲400nm〜1100nmまで透過する反射防止膜が得られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2005−275294号公報
【特許文献2】特開平9−325211号公報
【特許文献3】特開2005−338366号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】H.A.Macleod著「光学薄膜」日刊工業新聞社出版、1989年12月、P.129〜130
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、蛍光観察で使用できる波長は、被観察物に応じた新試薬の開発により可視光全域にわたり可能になりつつある。可視光すべてでの蛍光観察を行うためには、可視光(400nm〜680nm)と励起用レーザ光(800nm〜1350nm)を透過できる光学系が必要となる。つまり、波長範囲400nm〜1350nmという範囲、すなわち可視光の約2倍の透過帯域が必要となる。
【0008】
図25は、従来の多光子吸収顕微鏡の概略構成を示す図である。
図25に示す多光子吸収顕微鏡においては、レーザ光源101で発振させた短パルスレーザ光を多層膜フィルタ102で反射させ、観察台103上に置いた観察対象Sに照射する。このレーザ光の照射によって観察対象Sで発生した励起光は、多層膜フィルタ102を透過して観察者Bによる観察が可能となる。多層膜フィルタ102の特性としては、短パルスレーザ光の波長を含む反射帯域においてはパルス幅が広げることがなく、可視領域においては、観察対象Sで発生した励起光を観察のために透過させることが求められる。
【0009】
図25に示す多光子吸収顕微鏡では、観察を行うための対物レンズに波長範囲400nm〜1350nmの反射防止膜が必要となる。また、観察を行いやすくするための周辺アプリケーションを含めると波長1600nmまでの光を透過できることが望ましい。しかし、非特許文献1や特許文献1に記載されている反射防止膜では、可視光か近赤外域かのどちらか一方の光しか透過させることができない。また、特許文献3に記載されている反射防止膜では透過帯域の幅が足りず、波長1350nmで反射率7%、波長1600nmでは反射率16%と、レンズや基板以上の反射率となり、反射防止膜の役目を果たしていない。
【0010】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、可視光から近赤外域(波長範囲400nm〜1350nm)までの帯域を持つ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】
【0011】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る反射防止膜は、屈折率nHが1.95〜2.32の高屈折率物質と屈折率nLが1.35〜1.46の低屈折率物質を交互に積層させた12層の積層体を有し、波長範囲400nm〜680nmの反射率が1.5%以下であり、かつ、波長範囲680nm〜1350nmの反射率が2.0%以下であることを特徴としている。
【0012】
本発明に係る反射防止膜においては、この積層体が形成される基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層が高屈折率層であり、第2、第4、第6、第8、第10、及び第12層が低屈折率層であり、積層体の各層において、屈折率と物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足することが好ましい。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【0013】
本発明に係る反射防止膜において、高屈折率物質はTiO2、Nb2O5、Ta2O5、HfO2、又はそれらとLa、Zrの混合物であり、低屈折率物質はSiO2、MgF2、又はそれらの混合物であることが好ましい。
【0014】
本発明に係る反射防止膜において、基板の屈折率は1.48〜1.8の範囲内にあることが好ましい。
【0015】
本発明に係る光学系は、上述の本発明に係る反射防止膜のいずれかが形成された基板を2枚以上備えたことを特徴としている。
【0016】
本発明に係る光学機器は、上述の本発明に係る光学系を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【0017】
本発明に係る反射防止膜は、可視光と、その約2倍の波長の励起光と、を透過する光学系を組むことができ、それにより、可視光全域に渡り蛍光観察を行うことが出来るようになる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】実施例1、実施例2、及び実施例3に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図2】実施例1に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図3】実施例1、実施例2、及び実施例3に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。
【図4】実施例2に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図5】実施例3に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図6】実施例4、実施例5、及び実施例6に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図7】実施例4に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図8】実施例4、実施例5、及び実施例6に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。
【図9】実施例5に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図10】実施例6に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図11】実施例7、実施例8、及び実施例9に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図12】実施例7に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図13】実施例7、実施例8、及び実施例9に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。
【図14】実施例8に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図15】実施例9に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図16】実施例10に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図17】実施例10に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図18】実施例10、実施例11、実施例12、及び実施例13に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。
【図19】実施例11に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図20】実施例11に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図21】実施例12に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図22】実施例12に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図23】実施例13に係る反射防止膜の層構成を示す表である。
【図24】実施例13に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図25】従来の多光子吸収顕微鏡の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下に、本発明に係る反射防止膜、光学系、及び光学機器の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
まず、本発明に係る反射防止膜の構成・作用・効果について説明する。
【0020】
本発明に係る反射防止膜は、波長範囲400nm〜680nmの反射率が1.5%以下であり、かつ、波長範囲680nm〜1350nmの反射率が2.0%以下であることを特徴としている。
これにより、可視光と、その約2倍の波長の励起光と、を透過する光学系を組むことができ、それにより、可視光全域に渡り蛍光観察を行うことが出来るようになる。
【0021】
ここで、可視域(波長範囲400nm〜680nm)で発生する励起光は強度が微弱であるため、できるだけ透過光のロスを少なくするには、反射率1.5%以下が好ましく、1%以下とすることがさらに好ましい。
一方、励起光として使用する、波長範囲680nm〜1350nmのレーザは強度が非常に強いため、反射防止効果は5%以下が好ましく、より好ましくは2%以下、さらに好ましくは1.5%以下がよい。
【0022】
本発明に係る反射防止膜においては、屈折率nHが1.95〜2.32の高屈折率物質と屈折率nLが1.35〜1.46の低屈折率物質を交互に積層させた12層の積層体を有し、この積層体が形成される基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層が高屈折率層であり、第2、第4、第6、第8、第10、及び第12層が低屈折率層であり、積層体の各層において、屈折率と物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足することが好ましい。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【0023】
本発明に係る反射防止膜において、高屈折率物質はTiO2、Nb2O5、Ta2O5、HfO2、又はそれらとLa、Zrの混合物であり、低屈折率物質はSiO2、MgF2、又はそれらの混合物であることが好ましい。
【0024】
本発明に係る反射防止膜において、基板の屈折率は1.48〜1.8の範囲内にあることが好ましい。
【0025】
本発明に係る光学系は、上述の本発明に係る反射防止膜のいずれかが形成された基板を2枚以上備えたことを特徴としている。
【0026】
本発明に係る光学機器は、上述の本発明に係る光学系を有することを特徴としている。
【0027】
高屈折率物質と低屈折率物質はそれぞれ1種類である必要はなく、例えば、2層目と4層目が互いに異なる低屈折率物質であっても良い。成膜方法においても、真空蒸着、IADやプラズマによるアシスト、スパッタリング、イオンビームスパッタ、スピンコート、ディッピングと手法は限定しない。
【0028】
本発明に係る反射防止膜は、顕微鏡用の対物レンズに用いることが望ましいが、例えば、カメラ、眼鏡、望遠鏡等のレンズ、プリズム、フィルタにも適用することが出来る。本発明に係る光学機器は、例えば、これらの光学機器であり、本発明に係る光学系は、例えば、これらの光学機器が有する光学系である。
【0029】
(実施例1〜3)
図1は、実施例1、実施例2、及び実施例3に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図2は、実施例1に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図3は、実施例1、実施例2、及び実施例3に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。図4は、実施例2に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図5は、実施例3に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【0030】
図1においては、各層の光学膜厚を示している。図2においては、基板の屈折率nが1.48、1.45、1.54である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図4においては、基板の屈折率nが1.60、1.54、1.64である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図5においては、基板の屈折率nが1.70、1.65、1.80である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図3においては、図2、4、5に示す基板について、平均反射率及び最大反射率を示している。
【0031】
実施例1〜3の反射防止膜は、図1に示すように、基板上に、高屈折率物質としてのHfO2(屈折率nH=1.99)と、低屈折率物質としてのSiO2(屈折率nL=1.45)及びMgF2(屈折率nL=1.38)と、を交互に積層させた12層の積層体である。高屈折率物質としてのHfO2は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのSiO2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、及び第10層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は第12層(最表層)に配置されている。
【0032】
ここで、積層体の各層において、屈折率nH、nLと物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足している。この光学膜厚は、設計波長550nmにおける、設計波長/4=1.00とした値である。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【0033】
(実施例1)
図2、図3に示すように、実施例1の反射防止膜は、屈折率1.45〜1.54までの範囲のいずれの基板上においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0034】
具体的には、図3に示すように、屈折率1.48の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大0.93%、平均0.78%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.33%、平均1.15%である。
また、屈折率1.45の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.09%、平均0.78%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.39%、平均1.19%である。
さらにまた、屈折率1.54の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.11%、平均0.83%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.57%、平均1.11%である。
【0035】
(実施例2)
図3、図4に示すように、実施例2の反射防止膜は、屈折率1.54〜1.64までの範囲のいずれの基板においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0036】
具体的には、図3に示すように、屈折率1.60の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大0.98%、平均0.82%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.59%、平均1.20%である。
また、屈折率1.54の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.24%、平均0.82%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.66%、平均1.30%である。
さらにまた、屈折率1.64の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.23%、平均0.87%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.58%、平均1.15%である。
【0037】
(実施例3)
図3、図5に示すように、実施例3の反射防止膜は、屈折率1.65〜1.80までの範囲のいずれの基板上においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0038】
具体的には、図3に示すように、屈折率1.70の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.02%、平均0.85%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.73%、平均1.25%である。
また、屈折率1.65の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.07%、平均0.86%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.73%、平均1.22%である。
さらにまた、屈折率1.80の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.45%、平均0.93%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.84%、平均1.17%である。
【0039】
(実施例4〜6)
図6は、実施例4、実施例5、及び実施例6に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図7は、実施例4に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図8は、実施例4、実施例5、及び実施例6に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。図9は、実施例5に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図10は、実施例6に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【0040】
図6においては、各層の光学膜厚を示している。図7においては、基板の屈折率nが1.48、1.45、1.54である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図9においては、基板の屈折率nが1.60、1.54、1.64である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図10においては、基板の屈折率nが1.70、1.65、1.80である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図8においては、図7、9、10に示す基板について、平均反射率及び最大反射率を示している。
【0041】
実施例4〜6の反射防止膜は、図6に示すように、基板上に、高屈折率物質としてのTiO2(nH=屈折率2.22)と、低屈折率物質としてのMgF2(屈折率nL=1.38)を交互に積層させた12層の積層体である。高屈折率物質としてのTiO2は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、第10、及び第12層に配置されている。
【0042】
ここで、積層体の各層において、屈折率nH、nLと物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足している。この光学膜厚は、設計波長550nmにおける、設計波長/4=1.00とした値である。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【0043】
(実施例4)
図7、図8に示すように、実施例4の反射防止膜は、屈折率1.45〜1.54までの範囲のいずれの基板上においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0044】
具体的には、図8に示すように、屈折率1.48の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.04%、平均0.69%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.47%、平均1.05%である。
また、屈折率1.45の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.17%、平均0.69%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.65%、平均1.12%である。
さらにまた、屈折率1.54の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.23%、平均0.75%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.33%、平均0.97%である。
【0045】
(実施例5)
図8、図9に示すように、実施例5の反射防止膜は、屈折率1.54〜1.64までの範囲のいずれの基板においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0046】
具体的には、図8に示すように、屈折率1.60の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大0.98%、平均0.72%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.33%、平均1.05%である。
また、屈折率1.54の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.29%、平均0.71%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.60%、平均1.16%である。
さらにまた、屈折率1.64の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.12%、平均0.76%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.32%、平均1.00%である。
【0047】
(実施例6)
図8、図10に示すように、実施例6の反射防止膜は、屈折率1.65〜1.80までの範囲のいずれの基板上においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0048】
具体的には、図8に示すように、屈折率1.70の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大0.92、平均0.71%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.26%、平均1.05%である。
また、屈折率1.65の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.22%、平均0.70%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.54%、平均1.15%である。
さらにまた、屈折率1.80の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.30%、平均0.83%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.57%、平均0.99%である。
【0049】
(実施例7〜9)
図11は、実施例7、実施例8、及び実施例9に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図12は、実施例7に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図13は、実施例7、実施例8、及び実施例9に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。図14は、実施例8に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図15は、実施例9に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【0050】
図11においては、各層の光学膜厚を示している。
図12においては、基板の屈折率nが1.48、1.45、1.54である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図14においては、基板の屈折率nが1.60、1.54、1.64である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図15においては、基板の屈折率nが1.70、1.65、1.80である場合を、破線、点線、実線でそれぞれ示している。図13においては、図12、14、15に示す基板について、平均反射率及び最大反射率を示している。
【0051】
実施例7〜9の反射防止膜は、図11に示すように、基板上に、高屈折率物質としてのTa2O5(nH=屈折率2.22)と、低屈折率物質としてのSiO2(屈折率nL=1.45)及びMgF2(屈折率nL=1.38)と、を交互に積層させた12層の積層体である。高屈折率物質としてのTa2O5は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのSiO2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、及び第10層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は第12層に配置されている。
【0052】
ここで、積層体の各層において、屈折率nH、nLと物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足している。この光学膜厚は、設計波長550nmにおける、設計波長/4=1.00とした値である。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【0053】
(実施例7)
図12、図13に示すように、実施例7の反射防止膜は、屈折率1.45〜1.54までの範囲のいずれの基板上においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0054】
具体的には、図13に示すように、屈折率1.48の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大0.97%、平均0.75%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.13%、平均0.92%である。
また、屈折率1.45の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大0.98%、平均0.73%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.35%、平均0.97%である。
さらにまた、屈折率1.54の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.31%、平均0.83%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.23%、平均0.87%である。
【0055】
(実施例8)
図13、図14に示すように、実施例8の反射防止膜は、屈折率1.54〜1.64までの範囲のいずれの基板においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0056】
具体的には、図13に示すように、屈折率1.60の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.11%、平均0.82%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.23%、平均1.01%である。
また、屈折率1.54の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.22%、平均0.81%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.63%、平均1.10%である。
さらにまた、屈折率1.64の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.15%、平均0.87%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.39%、平均0.99%である。
【0057】
(実施例9)
図13、図15に示すように、実施例9の反射防止膜は、屈折率1.65〜1.80までの範囲のいずれの基板上においても、波長範囲400nm〜680nmで反射率1.5%以下、波長範囲680nm〜1350nmで反射率2.0%以下となっている。
【0058】
具体的には、図13に示すように、屈折率1.70の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.01%、平均0.75%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.12%、平均1.0.91%である。
また、屈折率1.65の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.11%、平均0.74%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.52%、平均0.99%である。
さらにまた、屈折率1.80の基板上に形成した場合、波長範囲400nm〜680nmで反射率は最大1.28%、平均0.87%であり、波長範囲680nm〜1350nmで反射率は最大1.49%、平均0.88%である。
【0059】
(実施例10〜13)
図16は、実施例10に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図17は、実施例10に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図18は、実施例10、実施例11、実施例12、及び実施例13に係る反射防止膜の平均反射率及び最大反射率を示す表である。図19は、実施例11に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図20は、実施例11に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図21は、実施例12に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図22は、実施例12に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。図23は、実施例13に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図24は、実施例13に係る反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【0060】
図16、図19、図21、及び図23においては、各層の光学膜厚を示している。
図18においては、実施例10〜13について、平均反射率及び最大反射率を示している。
【0061】
ここで、積層体の各層において、屈折率nH、nLと物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足している。この光学膜厚は、設計波長550nmにおける、設計波長/4=1.00とした値である。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【0062】
(実施例10)
実施例10の反射防止膜は、図16に示すように、屈折率1.49の基板上に、高屈折率物質としてのTa2O5(nH=屈折率2.22)と、低屈折率物質としてのSiO2(屈折率nL=1.45)及びMgF2(屈折率nL=1.38)と、を交互に積層させた12層の積層体である。高屈折率物質としてのTa2O5は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのSiO2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、及び第10層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は第12層(最表層)に配置されている。
【0063】
図17、図18に示すように、実施例10の反射防止膜は、波長範囲400nm〜680nmでは反射率が最大1.26%、平均0.93%であり1.5%以下となり、波長範囲680nm〜1350nmでは反射率が最大0.97%、平均0.75%であり2.0%以下の分光特性を示す。
【0064】
(実施例11)
実施例11の反射防止膜は、図19に示すように、屈折率1.57の基板上に、高屈折率物質としてのHfO2(屈折率nH=1.99)と、低屈折率物質としてのSiO2(屈折率nL=1.45)及びMgF2(屈折率nL=1.38)と、を交互に積層させた12層の積層体である。高屈折率物質としてのHfO2は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのSiO2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、及び第10層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は第12層(最表層)に配置されている。
【0065】
図18、図20に示すように、実施例11の反射防止膜は、波長範囲400nm〜680nmでは反射率が最大1.39%、平均0.93%であり1.5%以下となり、波長範囲680nm〜1350nmでは反射率が最大1.16%、平均0.79%であり2.0%以下の分光特性を示す。
【0066】
(実施例12)
実施例12の反射防止膜は、図21に示すように、屈折率1.57の基板上に、高屈折率物質としてのTiO2(屈折率nH=2.32)と、低屈折率物質としてのMgF2(屈折率nL=1.38)と、を交互に積層させた12層の積層体である。高屈折率物質としてのTiO2は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、第10、及び第12層(最表層)に配置されている。
【0067】
図18、図22に示すように、実施例12の反射防止膜は、波長範囲400nm〜680nmでは反射率が最大1.30%、平均0.93%であって1.5%以下となり、波長範囲680nm〜1350nmでは反射率が最大0.93%、平均0.74%であり2.0%以下の分光特性を示す。
【0068】
(実施例13)
上述の実施例において、光学部品の表面との密着度を高めたり、反射防止膜を施した光学部品の最表層の撥水性・防曇性・耐久性を高めるなどの目的で、光学部品と第1層との間、及び/又は、第12層のさらに外側に、光学特性に大きな影響を与えない範囲内で、別の層を付与してもよい。
【0069】
この例として、実施例13の反射防止膜は、実施例10と同様の層材料を備えた積層体において、第12層の外側にSiO2のオーバーコートを行っている。
すなわち、実施例13の反射防止膜は、図23に示すように、屈折率1.49の基板上に、高屈折率物質としてのTa2O5(屈折率nH=2.22)と、低屈折率物質としてのSiO2(屈折率nL=1.45)及びMgF2(屈折率nL=1.38)と、を交互に積層させた12層の積層体の最表層上に、第13層としてSiO2が積層されている。ここで、高屈折率物質としてのTa2O5は、基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層に配置され、低屈折率物質としてのSiO2は、基板側から順に、第2、第4、第6、第8、第10、及び第13層に配置され、低屈折率物質としてのMgF2は第12層に配置されている。
【0070】
図18、図24に示すように、実施例13の反射防止膜は、波長範囲400nm〜680nmでは反射率が最大1.26%、平均0.93%であり1.5%以下となり、波長範囲680nm〜1350nmでは反射率が最大0.97%、平均0.75%であり2.0%以下の分光特性を示す。
【産業上の利用可能性】
【0071】
以上のように、本発明に係る反射防止膜は、対物レンズに可視光から近赤外域までの波長範囲の反射防止膜が必要となる多光子顕微鏡に有用である。
【符号の説明】
【0072】
101 レーザ光源
102 多層膜フィルタ
103 観察台
S 観察対象
【特許請求の範囲】
【請求項1】
屈折率nHが1.95〜2.32の高屈折率物質と屈折率nLが1.35〜1.46の低屈折率物質を交互に積層させた12層の積層体を有し、
波長範囲400nm〜680nmの反射率が1.5%以下であり、かつ、波長範囲680nm〜1350nmの反射率が2.0%以下であることを特徴とする反射防止膜。
【請求項2】
前記積層体が形成される基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層が高屈折率層であり、第2、第4、第6、第8、第10、及び第12層が低屈折率層であり、
前記積層体の各層において、屈折率と物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足することを特徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【請求項3】
前記高屈折率物質はTiO2、Nb2O5、Ta2O5、HfO2、又はそれらとLa、Zrの混合物であり、前記低屈折率物質はSiO2、MgF2、又はそれらの混合物であることを特徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
【請求項4】
前記基板の屈折率は1.48〜1.8の範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
【請求項5】
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の反射防止膜が形成された前記基板を2枚以上備えたことを特徴とする光学系。
【請求項6】
請求項5に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。
【請求項1】
屈折率nHが1.95〜2.32の高屈折率物質と屈折率nLが1.35〜1.46の低屈折率物質を交互に積層させた12層の積層体を有し、
波長範囲400nm〜680nmの反射率が1.5%以下であり、かつ、波長範囲680nm〜1350nmの反射率が2.0%以下であることを特徴とする反射防止膜。
【請求項2】
前記積層体が形成される基板側から順に、第1、第3、第5、第7、第9、及び第11層が高屈折率層であり、第2、第4、第6、第8、第10、及び第12層が低屈折率層であり、
前記積層体の各層において、屈折率と物理膜厚dの積である光学膜厚が、次の各式を満足することを特徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
第1層 0.11<nHd<0.25、
第2層 0.33<nLd<0.72、
第3層 0.33<nHd<0.60、
第4層 0.23<nLd<0.54、
第5層 0.63<nHd<0.88、
第6層 0.08<nLd<0.22、
第7層 1.23<nHd<2.29、
第8層 0.06<nLd<0.15、
第9層 0.59<nHd<0.94、
第10層 0.34<nLd<0.44、
第11層 0.23<nHd<0.42、
第12層 1.15<nLd<1.27
【請求項3】
前記高屈折率物質はTiO2、Nb2O5、Ta2O5、HfO2、又はそれらとLa、Zrの混合物であり、前記低屈折率物質はSiO2、MgF2、又はそれらの混合物であることを特徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
【請求項4】
前記基板の屈折率は1.48〜1.8の範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
【請求項5】
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の反射防止膜が形成された前記基板を2枚以上備えたことを特徴とする光学系。
【請求項6】
請求項5に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。
【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17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【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17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【公開番号】特開2012−255984(P2012−255984A)
【公開日】平成24年12月27日(2012.12.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−130083(P2011−130083)
【出願日】平成23年6月10日(2011.6.10)
【出願人】(000000376)オリンパス株式会社 (11,466)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年12月27日(2012.12.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年6月10日(2011.6.10)
【出願人】(000000376)オリンパス株式会社 (11,466)
【Fターム(参考)】
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