JP2018185392A - Anti-reflection film and optical element having the same, optical system, and optical instrument - Google Patents
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Abstract
【課題】波長帯域特性と入射角度特性に優れた反射防止膜およびそれを有する光学素子,光学系,光学機器を提供すること。【解決手段】波長550nmにおける屈折率が1.85以上2.20以下の光学基板に形成される反射防止膜であって,錐台形状ないしは、実質、錐台形状が250nm以下のピッチで規則的に配列した微細凹凸構造層を有し,該微細凹凸構造層は,実質、屈折率が厚さ120nm以上250nm以下の範囲にわたって連続的に変化するとみなせる領域を有しており,光学基板と該微細構造層との間には屈折率が1.6〜2.0の誘電体薄膜層が形成する。【選択図】図1An antireflection film excellent in wavelength band characteristics and incident angle characteristics, and an optical element, an optical system, and an optical device having the same are provided. An antireflection film is formed on an optical substrate having a refractive index of 1.85 or more and 2.20 or less at a wavelength of 550 nm, and a frustum shape or a substantially frustum shape is regularly arranged at a pitch of 250 nm or less. The fine concavo-convex structure layer has a region in which the refractive index can be regarded as continuously changing over a thickness range of 120 nm or more and 250 nm or less, and the optical substrate and the fine structure layer A dielectric thin film layer having a refractive index of 1.6 to 2.0 is formed therebetween. [Selection] Figure 1
Description
本発明は,レンズ等の光学素子の表面に形成される反射防止膜,およびそれを有する光学素子,光学系,光学機器に関するものである The present invention relates to an antireflection film formed on the surface of an optical element such as a lens, and an optical element, an optical system, and an optical device having the antireflection film.
従来から光学素子の表面には,入射光の光量損失低減し,フレアやゴーストなどの不要光の発生を抑制するために,反射防止対策が施されている。例えば,カメラ用レンズに対する反射防止対策としては,一般にマルチコーチと呼ばれる誘電体多層膜が広く用いられている。これは屈折率の異なる薄膜をそれぞれ適切な膜厚で積層することで,各膜の表面・界面で発生する反射波の振幅と位相を調整し,それらを干渉させることで反射光を低減させる仕組みである。したがって,設計に使用した特定の波長および入射角の光線に対しては優れた反射防止性能を発揮することが可能である。しかし,特定の光線とは波長や入射角の異なる光線では干渉の条件が崩れるため,可視域全域のような広い波長帯域や0〜60° にわたるような広い入射角度範囲にわたって高い反射防止性能を実現するのは困難であった。 Conventionally, anti-reflection measures have been taken on the surface of optical elements in order to reduce the amount of incident light loss and suppress the generation of unnecessary light such as flare and ghost. For example, a dielectric multilayer film called a multi-coach is widely used as an anti-reflection measure for camera lenses. This is a mechanism to reduce the reflected light by laminating thin films with different refractive indexes at appropriate thicknesses, adjusting the amplitude and phase of the reflected waves generated at the surface and interface of each film, and causing them to interfere with each other. It is. Therefore, it is possible to exhibit excellent antireflection performance with respect to light beams having a specific wavelength and incident angle used in the design. However, interference conditions are lost for light rays with different wavelengths and incident angles from specific light rays, so high antireflection performance is achieved over a wide wavelength range such as the entire visible range and a wide incident angle range such as 0 to 60 °. It was difficult to do.
一方,近年広く普及しているデジタルカメラでは,従来の写真フィルムに比べて表面反射率が高いCCDやCMOSなどのイメージセンサーを使用している。そのため,センサー面で反射した光が再びレンズ面に到達・反射し,再度センサー面に到達することで「デジタルゴースト」と呼ばれる特定の不要光が発生しやすい。 On the other hand, digital cameras that have become widespread in recent years use image sensors such as CCD and CMOS, which have a higher surface reflectance than conventional photographic films. For this reason, specific unnecessary light called “digital ghost” is likely to be generated when the light reflected by the sensor surface reaches / reflects the lens surface again and reaches the sensor surface again.
さらに近年のデジタルカメラ用レンズは,高い画質の達成はもちろん,高スペック(ズーム倍率や明るさ)や携帯性(小型・軽量であること)も同時に求められるため,異常分散ガラスや高屈折率ガラス,非球面レンズや大曲率レンズ(開角の大きなレンズ)等を多用する傾向にある。これらの中でも曲率の大きなレンズは,周辺部で大きな角度の光線が入射・出射するため,従来のマルチコートでは反射を十分に低減することができず,フレアやゴースト等の撮影画像の品質を低下させる不要光が発生する場合があった。 Furthermore, recent digital camera lenses not only achieve high image quality, but also require high specifications (zoom magnification and brightness) and portability (small and lightweight) at the same time, so anomalous dispersion glass and high refractive index glass are required. , Aspherical lenses and large curvature lenses (lens with a large opening angle) tend to be used frequently. Among these, lenses with a large curvature are incident and output with a large angle of light at the periphery, so the conventional multi-coat cannot reduce the reflection sufficiently, reducing the quality of captured images such as flares and ghosts. In some cases, unnecessary light was generated.
このような状況を背景として,マルチコートよりも波長帯域特性・入射角度特性に優れた,高性能な反射防止膜の開発が求められている。特許文献1は,基材上に基材よりも屈折率が低い低屈折率層と,使用最短波長以下の周期で配列した周期構造部を設け,低屈折率層の屈折率および膜厚,構造の高さおよび形状を適切に設定することで入射角度特性および波長帯域特性に優れた反射防止性能が得られるとしている。 Against this background, there is a need for the development of high-performance antireflection films that have better wavelength band characteristics and incident angle characteristics than multi-coats. Patent Document 1 provides a low refractive index layer having a lower refractive index than that of the base material on the base material and a periodic structure portion arranged with a period equal to or shorter than the shortest use wavelength, and the refractive index, film thickness, and structure of the low refractive index layer. By appropriately setting the height and shape, it is said that antireflection performance excellent in incident angle characteristics and wavelength band characteristics can be obtained.
特許文献1に開示された反射防止膜は,膜厚や屈折率について性能が良くなる範囲については記載されているが,具体的な設計値詳細の開示が無い。また,発明の効果が得られる基材の屈折率範囲を1.3〜1.8としており,屈折率が1.85以上の高屈折率基材について反射防止性能を良くするための方法が開示されていない。 The antireflection film disclosed in Patent Document 1 describes a range in which performance is improved in terms of film thickness and refractive index, but does not disclose details of specific design values. Moreover, the refractive index range of the base material from which the effects of the invention can be obtained is 1.3 to 1.8, and a method for improving the antireflection performance of a high refractive index base material having a refractive index of 1.85 or more is not disclosed.
そこで本発明の目的は,屈折率が1.85以上の高屈折率基材において,以下に示す≪反射率規格1≫を満たすような,優れた波長帯域特性と入射角度特性を両立した反射防止膜およびそれを有する光学素子,光学系,光学機器を提供することである。ただし,波長400〜430nmの間に関しては波長400nmでの規格値と波長430nmでの規格値とを直線で結んだ値,波長670〜700nmの間に関しては波長670nmでの規格値と波長700nmでの規格値とを直線で結んだ値を規格とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an antireflection film having both excellent wavelength band characteristics and incident angle characteristics satisfying << Reflectance standard 1 >> shown below in a high refractive index base material having a refractive index of 1.85 or more, and It is to provide an optical element, an optical system, and an optical apparatus having the same. However, for wavelengths between 400 and 430 nm, a standard value at a wavelength of 400 nm and a standard value at a wavelength of 430 nm are connected by a straight line. The value obtained by connecting the standard value with a straight line is the standard.
≪反射率規格1≫
入射角度0〜45° の範囲の光線において,
(1) 波長430〜670nmの範囲において,反射率0.3%以下
(2) 波長400nmおよび700nmにおいて,反射率0.5%以下
入射角度60° の光線において,
(3) 波長430〜670nmの範囲において,反射率2.5%以下
(4) 波長400nmおよび700nmにおいて,反射率3.5%以下
≪Reflectance standard 1≫
For light rays with an incident angle of 0 to 45 °,
(1) Reflectance of 0.3% or less in the wavelength range of 430 to 670 nm
(2) Reflectance less than 0.5% at wavelengths of 400nm and 700nm
For rays with an incident angle of 60 °,
(3) Reflectance 2.5% or less in the wavelength range of 430 to 670 nm
(4) Reflectance of 3.5% or less at wavelengths of 400 nm and 700 nm
本発明は、波長550nmにおける屈折率が1.85以上2.20以下の光学基板に形成される反射防止膜であって,
錐台形状ないしは、実質、錐台形状が250nm以下のピッチで規則的に配列した微細凹凸構造層を有し,
該微細凹凸構造層は,実質、屈折率が厚さ120nm以上250nm以下の範囲にわたって連続的に変化するとみなせる領域を有しており,
光学基板と該微細構造層との間には屈折率が1.6〜2.0の誘電体薄膜層が形成されていること
を特徴としている。
The present invention is an antireflection film formed on an optical substrate having a refractive index of 1.85 to 2.20 at a wavelength of 550 nm,
A frustum shape or substantially a frustum shape having a fine concavo-convex structure layer regularly arranged at a pitch of 250 nm or less,
The fine concavo-convex structure layer has a region where the refractive index can be regarded as continuously changing over a range of thickness of 120 nm to 250 nm.
A dielectric thin film layer having a refractive index of 1.6 to 2.0 is formed between the optical substrate and the microstructure layer.
本発明によれば,優れた波長帯域特性と入射角度特性を両立した反射防止膜,およびそれを有する光学系,光学機器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an antireflection film having both excellent wavelength band characteristics and incident angle characteristics, and an optical system and an optical apparatus having the antireflection film.
本発明の実施の形態を添付の図面にもとづいて説明する。説明中の屈折率は,すべて波長550nmにおける値である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. All the refractive indexes in the description are values at a wavelength of 550 nm.
図1は,本発明の反射防止膜の屈折率構造を概略的・模式的に示したものである。図2は,本発明の反射防止膜の断面を模式的に示したものであり,レンズ等の光学基板上に本発明の反射防止膜を適用した光学素子の表面部分を拡大して示したものである。 FIG. 1 schematically and schematically shows the refractive index structure of the antireflection film of the present invention. FIG. 2 schematically shows a cross section of the antireflection film of the present invention, and shows an enlarged surface portion of an optical element to which the antireflection film of the present invention is applied on an optical substrate such as a lens. It is.
光学基板11は,屈折率Nsubが1.85〜2.20の値を有する部材であり,その上に反射防止膜12が形成されている。反射防止膜12は,誘電体薄膜層(第1層)101および微細凹凸構造層13からなり,微細凹凸構造層13は下地層(第2層)102と,構造層(第3層)103とから構成されている。ここで微細凹凸構造層13は,ナノインプリント法やエッチング法などので形成された層であり,構造層103は微細な凹凸形状が形成(転写乃至エッチング)された部分であり,下地層102は構造が形成されずに残った層である。すなわち,構造層103と下地層102は同じ材質である。 The optical substrate 11 is a member having a refractive index N sub of 1.85 to 2.20, and an antireflection film 12 is formed thereon. The antireflection film 12 includes a dielectric thin film layer (first layer) 101 and a fine concavo-convex structure layer 13. The fine concavo-convex structure layer 13 includes an underlayer (second layer) 102, a structural layer (third layer) 103, and the like. It is composed of Here, the fine concavo-convex structure layer 13 is a layer formed by a nanoimprint method or an etching method, the structure layer 103 is a portion where a fine concavo-convex shape is formed (transferred or etched), and the base layer 102 has a structure. It is a layer that remains without being formed. That is, the structural layer 103 and the base layer 102 are the same material.
第1層101は屈折率N1が1.6〜2.0,膜厚D1が30〜100nmの値を有する薄膜層である。第2層102は屈折率N2が1.38〜1.62,膜厚D2が90nm以下の値を有する薄膜層である。第3層103は,膜厚(凹凸の高さ)D3が120〜300nm以下の値を有し,ボトム(基板側)部分での屈折率が1.2〜1.5の範囲の値N3bからトップ(頂点側)部分での屈折率が1.12以下の範囲の値N3tまで実質的に連続に変化する領域を有している。 The first layer 101 is a thin film layer having a refractive index N 1 of 1.6 to 2.0 and a film thickness D 1 of 30 to 100 nm. The second layer 102 is a thin film layer having a refractive index N 2 of 1.38 to 1.62 and a film thickness D 2 of 90 nm or less. The third layer 103 (the height of the irregularities) thickness D 3 has the following values 120~300Nm, top bottom refractive index at (substrate side) portion from the value N 3b ranging 1.2 to 1.5 ( It has a region where the refractive index in the (vertex side) portion changes substantially continuously up to a value N 3t in the range of 1.12 or less.
ここで「実質的に」と表現したのは,第3層を形成する媒質の屈折率そのものが連続的に変化するのではなく,波長よりも小さな凹凸構造体の「空間充填率」が厚さ方向に連続的に変化することで,「有効屈折率」が連続的に変化することを意味している。これは,光が自らの波長よりも小さなサイズの凹凸構造体を,その空間占有率に応じた「有効屈折率」を有する媒質として認識する性質によるものである。 Here, the expression “substantially” does not mean that the refractive index of the medium forming the third layer itself changes continuously, but the “space filling factor” of the concavo-convex structure smaller than the wavelength. By changing continuously in the direction, it means that the “effective refractive index” changes continuously. This is due to the property that light recognizes a concavo-convex structure having a size smaller than its own wavelength as a medium having an “effective refractive index” corresponding to the space occupancy.
有効屈折率Neffは,波長よりも微細な凹凸構造を形成している材質の屈折率をNmとし,その材質の空間占有率をffとしたとき,Bruggemanの式 The effective refractive index N eff is the Bruggeman equation, where N m is the refractive index of the material that forms a concavo-convex structure finer than the wavelength, and ff is the space occupancy of the material.
を用いて算出することができる。すなわち,波長よりも小さなピッチで空間占有率が連続的に変化するような構造体では,実質的な屈折率(有効屈折率)が連続的に変化する膜を形成することができる。 Can be used to calculate. That is, in a structure in which the space occupancy continuously changes at a pitch smaller than the wavelength, a film in which the substantial refractive index (effective refractive index) continuously changes can be formed.
また本発明では,上述の屈折率および膜厚を満たす反射防止膜であれば製法は特に限定しない。 In the present invention, the production method is not particularly limited as long as it is an antireflection film satisfying the above-described refractive index and film thickness.
例えば誘電体薄膜層101は,ウェット法,蒸着法,スパッタリング法等を用いることができる。環境耐久性などを考慮すると,スパッタリング法などのドライ成膜が好ましく,さらには酸窒化珪素(SiON)膜乃至はアルミナ(Al2O3)を含有する膜が好ましい。 For example, the dielectric thin film layer 101 can use a wet method, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like. In view of environmental durability and the like, dry film formation such as sputtering is preferable, and further, a silicon oxynitride (SiON) film or a film containing alumina (Al2O3) is preferable.
また微細凹凸構造層13は,ナノインプリント法やフォトリソグラフィとドライエッチングによる方法などを用いることができる。特にナノインプリント法は,構造層103と下地層102を同時に形成することができて好適である。 For the fine uneven structure layer 13, a nanoimprint method, a method using photolithography and dry etching, or the like can be used. In particular, the nanoimprint method is preferable because the structural layer 103 and the base layer 102 can be formed simultaneously.
上述のような屈折率構造をとることで,本発明の反射防止膜は,下記に示した≪反射率規格1≫を満たすような波長帯域特性と入射角度特性を両立した高い性能を実現することができる。 By adopting the refractive index structure as described above, the antireflection film of the present invention realizes high performance that satisfies both the wavelength band characteristics and the incident angle characteristics that satisfy the << reflectance standard 1 >> shown below. Can do.
≪反射率規格1≫
入射角度0〜45° の範囲の光線において,
(1) 波長430〜670nmの範囲において,反射率0.3%以下
(2) 波長400nmおよび700nmにおいて,反射率0.5%以下
入射角度60° の光線において,
(3) 波長430〜670nmの範囲において,反射率2.5%以下
(4) 波長400nmおよび700nmにおいて,反射率3.5%以下
≪Reflectance standard 1≫
For light rays with an incident angle of 0 to 45 °,
(1) Reflectance of 0.3% or less in the wavelength range of 430 to 670 nm
(2) Reflectance less than 0.5% at wavelengths of 400nm and 700nm
For rays with an incident angle of 60 °,
(3) Reflectance 2.5% or less in the wavelength range of 430 to 670 nm
(4) Reflectance of 3.5% or less at wavelengths of 400 nm and 700 nm
ここで,本発明が高性能の基準とした反射率規格について説明する。本発明の反射防止膜は,波長430〜670nmでの反射率特性を重視しており,波長400〜430nmおよび波長670〜700nmでの特性は規格を緩和したものとしている。これは,デジタルカメラ等で使用されるCCDやCMOSなどのイメージセンサーの分光感度特性を考慮したものである。すなわちカメラ用のイメージセンサーは,人間が見た映像を忠実に再現するため,波長430〜670nmの範囲では高い感度が有しているが,波長400〜430nmおよび波長670〜700nmでの感度は低くなるように設定されている。したがって波長400〜430nmおよび波長670〜700nmでの反射率特性が多少高くても,フレアやゴーストなどの不要光が撮影画像に影響を与えることがほとんどないため,同波長帯域の反射率規格は緩和することが可能である。 Here, the reflectance standard on which the present invention is based on high performance will be described. The antireflection film of the present invention places importance on the reflectance characteristics at wavelengths of 430 to 670 nm, and the characteristics at wavelengths of 400 to 430 nm and wavelengths of 670 to 700 nm are relaxed. This takes into account the spectral sensitivity characteristics of image sensors such as CCD and CMOS used in digital cameras. In other words, image sensors for cameras have high sensitivity in the wavelength range of 430 to 670 nm in order to faithfully reproduce images viewed by humans, but low sensitivity at wavelengths of 400 to 430 nm and wavelengths of 670 to 700 nm. It is set to be. Therefore, even if the reflectance characteristics at wavelengths of 400 to 430 nm and wavelengths of 670 to 700 nm are somewhat high, unnecessary light such as flare and ghost hardly affects the captured image, so the reflectance standard for the same wavelength band is relaxed. Is possible.
また,本発明の反射防止膜において,各膜の屈折率および膜厚を
1.85 ≦ Nsub ≦ 2.20,
1.63 ≦ N1 ≦ 2.0, 45.0nm ≦ D1 ≦ 90.0nm,
1.48 ≦ N2 ≦ 1.60, D2 ≦ 82.0nm,
1.26 ≦ N3b≦ 1.46, 1.015 ≦ N3t ≦ 1.05, 180nm ≦ D3 ≦ 250nm
の範囲内に設定することで,≪反射率規格1≫よりもさらに優れた≪反射率規格2≫を満たすことができる。
In the antireflection film of the present invention, the refractive index and film thickness of each film are set.
1.85 ≤ N sub ≤ 2.20,
1.63 ≤ N 1 ≤ 2.0, 45.0 nm ≤ D 1 ≤ 90.0 nm,
1.48 ≤ N 2 ≤ 1.60, D 2 ≤ 82.0nm,
1.26 ≤ N 3b ≤ 1.46, 1.015 ≤ N 3t ≤ 1.05, 180nm ≤ D 3 ≤ 250nm
By setting within the range, it is possible to satisfy << reflectance standard 2 >> which is further superior to <reflectance standard 1 >>.
≪反射率規格2≫
入射角度0〜45° の範囲の光線において,
(1) 波長430〜670nmの範囲において,反射率0.15%以下
(2) 波長400nmおよび700nmにおいて,反射率0.35%以下
入射角度60° の光線において,
(3) 波長430〜670nmの範囲において,反射率1.5%以下
(4) 波長400nmおよび700nmにおいて,反射率2.5%以下
≪Reflectance standard 2≫
For light rays with an incident angle of 0 to 45 °,
(1) Reflectance of 0.15% or less in the wavelength range of 430 to 670 nm
(2) At wavelengths of 400 nm and 700 nm, the reflectance is 0.35% or less.
(3) Reflectance less than 1.5% in the wavelength range of 430 ~ 670nm
(4) Reflectance less than 2.5% at wavelengths of 400nm and 700nm
そして,本発明の反射防止膜を形成した光学素子をカメラ用レンズなどの光学系に使用することで,フレアやゴーストなどの不要光・有害光の発生を抑制した高品位な光学系,光学装置が実現できる。 And, by using the optical element on which the antireflection film of the present invention is formed in an optical system such as a camera lens, a high-quality optical system and optical device that suppress the generation of unnecessary light and harmful light such as flare and ghost are suppressed. Can be realized.
以下,本発明の実施例を具体的に説明していくが,各実施例の屈折率・膜厚は,一覧として表1にまとめて示してある。 Examples of the present invention will be specifically described below. The refractive index and film thickness of each example are shown in Table 1 as a list.
[実施例1]
図3は本発明実施例1の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。(1)〜(4)には,本実施例を屈折率Nsubが1.859〜2.162の4種の光学基板に対して適用した例が示してある。
[Example 1]
FIG. 3 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 1 of the present invention. (1) to (4) show examples in which the present embodiment is applied to four types of optical substrates having a refractive index N sub of 1.859 to 2.162.
各図において,(a)は屈折率プロファイル,(b)は反射率特性(フルスケール3.5%),(c)は反射率特性(フルスケール0.5%)である。また,各膜の屈折率,膜厚の詳細は表1に示したとおりである。各光学基板は(1)株式会社オハラ製L-LAH85,(2)同S-LAH58,(3)同S-LAH79,(4)株式会社住田光学ガラス製K-PSFn173である。各例ともに高い反射防止性能を発揮しており,(1)は≪反射率規格2≫を,(2),(3),(4)は≪反射率規格1≫を満たしている。 In each figure, (a) is the refractive index profile, (b) is the reflectance characteristic (full scale 3.5%), and (c) is the reflectance characteristic (full scale 0.5%). The details of the refractive index and film thickness of each film are as shown in Table 1. The optical substrates are (1) L-LAH85 manufactured by OHARA, (2) S-LAH58, (3) S-LAH79, and (4) K-PSFn173 manufactured by Sumita Optical Glass. Each example exhibits high antireflection performance, (1) satisfies << reflectance standard 2 >>, and (2), (3), and (4) satisfy << reflectance standard 1 >>.
本実施例における第1層(誘電体薄膜)101は酸窒化珪素(SiON)を用いている。第1層の材質は表1の屈折率を実現できれば酸窒化珪素に限定されないが,酸窒化珪素は酸素と窒素の混合比率を調整することで,屈折率が1.4から2.0程度の範囲で任意に設定することができるため好適である。また酸窒化珪素は,外部からの湿度の透過や硝材(光学基板)内部からのアルカリ成分などの溶出を抑制する能力が高い点でも好ましい材料である。 The first layer (dielectric thin film) 101 in this embodiment uses silicon oxynitride (SiON). The material of the first layer is not limited to silicon oxynitride as long as the refractive index shown in Table 1 can be realized. However, silicon oxynitride can be arbitrarily adjusted within the range of 1.4 to 2.0 by adjusting the mixing ratio of oxygen and nitrogen. It is preferable because it can be set. Silicon oxynitride is also a preferable material because of its high ability to suppress moisture permeation from the outside and elution of alkali components from the inside of the glass material (optical substrate).
第1層の成膜方法は限定しないが,真空蒸着法やスパッタリング法,分子線エピタキシー(MBE)法,プラズマCVD法など任意の方法を用いることができる。誘電体薄膜の形成においては,材料が同じでも成膜条件(基板温度や到達真空度など)に応じて屈折率および屈折率分散が若干変動してしまう。そのような場合は,上記の膜の光学膜厚(屈折率×物理膜厚)の値が一致するように膜厚を修正すれば,ほぼ同様の高い性能が得られる。 The method for forming the first layer is not limited, but any method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, or a plasma CVD method can be used. In forming a dielectric thin film, even if the material is the same, the refractive index and the refractive index dispersion slightly vary depending on the film forming conditions (substrate temperature, ultimate vacuum, etc.). In such a case, substantially the same high performance can be obtained by correcting the film thickness so that the optical film thickness (refractive index × physical film thickness) value of the above film matches.
微細凹凸構造層13は,アクリルを主成分とする樹脂(屈折率1.493)にナノインプリント法で微細凹凸形状を転写することで形成した膜である。第3層(構造層)103は微細凹凸形状が転写された部分であり,第2層(下地層)102は構造が転写されずに下部に残った下地層である。 The fine concavo-convex structure layer 13 is a film formed by transferring a fine concavo-convex shape to a resin (refractive index: 1.493) mainly composed of acrylic by a nanoimprint method. The third layer (structure layer) 103 is a portion to which the fine concavo-convex shape has been transferred, and the second layer (base layer) 102 is a base layer that remains under the structure without being transferred.
本実施例は,第2層102の膜厚が20.0nmに固定されていることを特徴としている。また,第3層103の凹凸形状は,錐台形状(円錐や四角錐,六角錐の頂点を切り落とした形状)をピッチ250nm以下の周期で規則的に配列したものである。ボトム部分での空間占有率(FFb)を90%,トップ部分での空間占有率(FFt)を4%としたことで,屈折率が1.443から1.018にわたって連続的に変化する層となっている。 This embodiment is characterized in that the film thickness of the second layer 102 is fixed at 20.0 nm. The concave-convex shape of the third layer 103 is a regular arrangement of frustum shapes (shapes obtained by cutting off the apexes of a cone, a quadrangular pyramid, or a hexagonal pyramid) with a pitch of 250 nm or less. By making the space occupancy (FF b ) at the bottom part 90% and the space occupancy (FF t ) at the top part 4%, the refractive index changes continuously from 1.443 to 1.018. Yes.
良好な反射率特性を得るためにはFFtは小さな値であることが好ましい。トップ部分が錐形状であれば,屈折率は空気と同じ1.0となり,そこでの反射をゼロにすることができるためである。しかしナノインプリントなどの成形においては,型の製法や耐久性,成形後の離型性を考慮すると0%に近いFFtの実現は実質困難である。そこで本発明では,FFtを1%以上,さらに好ましくは4%以上としている。 In order to obtain good reflectance characteristics, FF t is preferably a small value. This is because if the top portion is conical, the refractive index is 1.0, the same as air, and the reflection there can be zero. However, in molding such as nanoimprint, it is practically difficult to achieve FF t close to 0% considering the mold manufacturing method, durability, and mold release after molding. Therefore, in the present invention, FFt is set to 1% or more, more preferably 4% or more.
さらに微細構造層14の凹凸の高さ(膜厚)は高いほど反射防止性能(とくに大きな入射角での性能)を高くすることができる。しかし凹凸の高さを大きくすると,成形時の離型性が低くなることから,本発明では,
D3 ≦ 250nm
となるように設定している。離型性の観点では,高さだけではなく,アスペクト比(高さ/ピッチ)も重要である。アスペクト比が大きくなると離型性が低くなるため,ピッチは100〜250nmの範囲内にすることが好ましい。
Further, as the height (thickness) of the unevenness of the fine structure layer 14 is increased, the antireflection performance (particularly performance at a large incident angle) can be increased. However, if the height of the unevenness is increased, the releasability at the time of molding is lowered.
D 3 ≤ 250nm
It is set to become. From the viewpoint of releasability, not only the height but also the aspect ratio (height / pitch) is important. As the aspect ratio increases, the releasability decreases, so the pitch is preferably in the range of 100 to 250 nm.
また同様に,ナノインプリントにおいて型の製法を考えると,厳密な錐台形を実現することは困難であり,実際には図10に示したようにボトム部分およびトップ部分が鈍って丸味を帯びた形状となってしまう。そのような場合は,図11に示したように錐台形の形状からズレが生じ始めたポイント201から上の部分を,錐形の傾きをそのまま延長して形成できる同体積の錐台形202(図中破線で記載)に置換することで,ほぼ等価の錐台形状に換算することができる。ボトム部分についても同じ考え方を適用すれば良い。すなわち微細構造層の形状が丸味を帯びた形状になってしまう場合,上述の方法で置換した錐台形形状が先に説明したような数値範囲に入るように設定すれば,本発明の効果を得ることができる。 Similarly, considering the mold manufacturing method in nanoimprint, it is difficult to realize a strict frustum shape. In fact, as shown in FIG. 10, the bottom part and the top part are dull and rounded. turn into. In such a case, as shown in FIG. 11, a frustum 202 having the same volume that can be formed by extending the inclination of the cone as it is is formed above the point 201 where deviation starts from the shape of the frustum. By substituting with a middle broken line), it can be converted into an almost equivalent frustum shape. The same idea can be applied to the bottom part. That is, when the shape of the microstructure layer is rounded, the effect of the present invention can be obtained by setting the frustum shape replaced by the above method to be in the numerical range as described above. be able to.
微細構造の配列については,六方配列,正方配列など,上述の屈折率の範囲を満たせばどのような配列でも良い。錐台形の形状も,円錐台,楕円錐台,多角錐台などどのような形状でも上述の屈折率の範囲を満たせばどのような形状でも良い。 As for the arrangement of the fine structure, any arrangement such as a hexagonal arrangement and a square arrangement may be used as long as the above refractive index range is satisfied. The frustum shape may be any shape such as a frustum, an elliptic frustum, or a polygonal frustum as long as the refractive index range is satisfied.
また本実施例では,微細凹凸構造層13の材料としてアクリルを主成分とする樹脂を用いたが,本発明はこれに限定されない。アクリル以外の材料として,ポリカーボネイトやポリスチレン,シクロオレフィンポリマーなど,上述の屈折率条件,膜厚条件を満たし,微細構造が転写・形成可能な光学材料であれば何を用いても本発明の効果を発現することができる。硬化方式についても紫外線硬化樹脂や熱硬化性樹脂,熱可塑性樹脂などいずれの方法でも良い。また,スピンオングラス(SOG)などのゾル−ゲル材料を用いても良い。 In this embodiment, a resin mainly composed of acrylic is used as the material of the fine concavo-convex structure layer 13, but the present invention is not limited to this. Any material other than acrylic, such as polycarbonate, polystyrene, cycloolefin polymer, etc., that satisfies the above-mentioned refractive index conditions and film thickness conditions and can transfer and form a microstructure can be used. Can be expressed. The curing method may be any method such as an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, or a thermoplastic resin. A sol-gel material such as spin-on-glass (SOG) may be used.
[実施例2]
図4は本発明実施例2の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。(1)〜(3)には,本発明を屈折率Nsubが1.859〜2.011の3種の光学基板に対して適用した例が示してある。
[Example 2]
FIG. 4 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 2 of the present invention. (1) to (3) show examples in which the present invention is applied to three types of optical substrates having a refractive index N sub of 1.859 to 2.011.
各膜の屈折率,膜厚の詳細は,表1に示したとおりである。本実施例では,第2層102の膜厚を0nmであることを特徴としている。すなわち,第2層は無く,第1層101の上に,第3層(構造層)103が直接形成されている。表1に記載したとおりの屈折率・膜厚としたことで,(1),(2)は≪反射率規格2≫を,(3)は≪反射率規格1≫を満たしている。光学基板や各膜の製法については,実施例1に記載したのと同様なので省略する。 Details of the refractive index and film thickness of each film are as shown in Table 1. In this embodiment, the thickness of the second layer 102 is 0 nm. That is, there is no second layer, and the third layer (structure layer) 103 is formed directly on the first layer 101. By setting the refractive index and film thickness as described in Table 1, (1) and (2) satisfy << Reflectance standard 2 >>, and (3) satisfies << Reflectance standard 1 >>. The manufacturing method of the optical substrate and each film is the same as that described in the first embodiment, and will be omitted.
[実施例3]
図5は本発明実施例3の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。(1)〜(4)には,本発明を屈折率Nsubが1.859〜2.162の4種の光学基板に対して適用した例が示してある。
[Example 3]
FIG. 5 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 3 of the present invention. (1) to (4) show examples in which the present invention is applied to four types of optical substrates having a refractive index N sub of 1.859 to 2.162.
各膜の屈折率,膜厚の詳細は,表1に示したとおりである。本実施例は,第2層102の膜厚を70〜80nmに設定したことを特徴としている。表1に記載したとおりの屈折率・膜厚としたことで,(1)〜(4)の反射防止膜はすべて≪反射率規格2≫を満たしている。光学基板や各膜の製法については,実施例1に記載したのと同様なので省略する。 Details of the refractive index and film thickness of each film are as shown in Table 1. This embodiment is characterized in that the thickness of the second layer 102 is set to 70 to 80 nm. By setting the refractive index and film thickness as shown in Table 1, all of the antireflection films (1) to (4) satisfy << Reflectance standard 2 >>. The manufacturing method of the optical substrate and each film is the same as that described in the first embodiment, and will be omitted.
[実施例4]
図6は本発明実施例4の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。(1)〜(4)には,本発明を屈折率Nsubが1.859〜2.162の4種の光学基板に対して適用した例が示してある。各膜の屈折率,膜厚の詳細は,表1に示したとおりである。本実施例は,微細凹凸構造層13の材料として,ポリカーボネイトを主成分とする樹脂(屈折率1.588)を使用したことを特徴としている。表1に記載したとおりの屈折率・膜厚としたことで,(1)〜(4)の反射防止膜はすべて≪反射率規格2≫を満たしている。光学基板や各膜の製法については,実施例1に記載したのと同様なので省略する。
[Example 4]
FIG. 6 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 4 of the present invention. (1) to (4) show examples in which the present invention is applied to four types of optical substrates having a refractive index N sub of 1.859 to 2.162. Details of the refractive index and film thickness of each film are as shown in Table 1. The present embodiment is characterized in that a resin (refractive index: 1.588) containing polycarbonate as a main component is used as the material of the fine concavo-convex structure layer 13. By setting the refractive index and film thickness as shown in Table 1, all of the antireflection films (1) to (4) satisfy << Reflectance standard 2 >>. The manufacturing method of the optical substrate and each film is the same as that described in the first embodiment, and will be omitted.
[実施例5]
図7は本発明実施例5の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。(1)〜(4)には,本発明を屈折率Nsubが1.888の光学基板に対して適用した例が示してある。各膜の屈折率,膜厚の詳細は,表1に示したとおりである。本実施例は,構造層(第3層)103のトップ部分での空間占有率(FFt)を1%から25%まで変化させていることを特徴としている。表1に記載したとおりの屈折率・膜厚としたことで,(1),(2)は≪反射率規格2≫を,(3),(4)は≪反射率規格1≫を満たしている。光学基板や各膜の製法については,実施例1に記載したのと同様なので省略する。
[Example 5]
FIG. 7 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 5 of the present invention. (1) to (4) show examples in which the present invention is applied to an optical substrate having a refractive index N sub of 1.888. Details of the refractive index and film thickness of each film are as shown in Table 1. This embodiment is characterized in that the space occupancy (FF t ) at the top portion of the structural layer (third layer) 103 is changed from 1% to 25%. By setting the refractive index and film thickness as shown in Table 1, (1) and (2) satisfy << Reflectance standard 2 >>, and (3) and (4) satisfy << Reflectance standard 1 >>. Yes. The manufacturing method of the optical substrate and each film is the same as that described in the first embodiment, and will be omitted.
本実施例から,構造層(第3層)103のトップ部分での空間占有率(FFt)は1〜25%の間に設定し,トップ部分での屈折率(N3t)を1.12以下にすることが好ましいことが分かる。さらに好ましくは,トップ部分の屈折率(N3t)を1.05以下にした方が良く,そのために,トップ部分での空間占有率(FFt)は10%以下に設定すると良い。 From this example, the space occupancy (FF t ) at the top portion of the structural layer (third layer) 103 is set between 1 and 25%, and the refractive index (N 3t ) at the top portion is 1.12 or less. It can be seen that it is preferable. More preferably, the refractive index (N 3t ) of the top portion should be 1.05 or less, and for this purpose, the space occupancy (FF t ) in the top portion should be set to 10% or less.
[実施例6]
図8は本発明実施例6の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。(1)〜(4)には,本発明を屈折率Nsubが1.888の光学基板に対して適用した例が示してある。各膜の屈折率,膜厚の詳細は,表1に示したとおりである。本実施例は,誘電体薄膜層(第1層)101の膜厚を32nmから95nmまで変化させていることを特徴としている。表1に記載したとおりの屈折率・膜厚としたことで,(2),(3)は≪反射率規格2≫を,(1),(4)は≪反射率規格1≫を満たしている。光学基板や各膜の製法については,実施例1に記載したのと同様なので省略する。
[Example 6]
FIG. 8 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 6 of the present invention. (1) to (4) show examples in which the present invention is applied to an optical substrate having a refractive index N sub of 1.888. Details of the refractive index and film thickness of each film are as shown in Table 1. This embodiment is characterized in that the thickness of the dielectric thin film layer (first layer) 101 is changed from 32 nm to 95 nm. By setting the refractive index and film thickness as described in Table 1, (2) and (3) satisfy << Reflectance standard 2 >>, and (1) and (4) satisfy << Reflectance standard 1 >>. Yes. The manufacturing method of the optical substrate and each film is the same as that described in the first embodiment, and will be omitted.
本実施例から,第1層101の膜厚は,30〜100nmの間で設定することが好ましいことが分かる。さらに好ましくは,45〜95nmの範囲に設定すると良い。 From this example, it can be seen that the thickness of the first layer 101 is preferably set between 30 and 100 nm. More preferably, it may be set in the range of 45 to 95 nm.
[実施例7]
図9は,本発明の反射防止膜を形成した光学素子(レンズ)を光学装置(カメラ)に適用した場合の概略図である。図9において,デジタルカメラ2001は,本発明の反射防止膜を形成したレンズ1001を用いたことで,フレアやゴースト等の有害光の発生を低減しているため,高品位な画像を得ることができる。
[Example 7]
FIG. 9 is a schematic view when the optical element (lens) on which the antireflection film of the present invention is formed is applied to an optical apparatus (camera). In FIG. 9, since the digital camera 2001 uses the lens 1001 having the antireflection film of the present invention to reduce the generation of harmful light such as flare and ghost, a high-quality image can be obtained. it can.
11 光学基板(レンズ)
12 反射防止膜
13 微細凹凸構造層
101 第1層(誘電体薄膜層)
102 第2層(下地層)
103 第3層(構造層)
1001 光学系
2001 光学装置(カメラ)
11 Optical substrate (lens)
12 Anti-reflective coating
13 Fine relief structure layer
101 First layer (dielectric thin film layer)
102 Second layer (underlayer)
103 3rd layer (Structure layer)
1001 optical system
2001 Optical device (camera)
Claims (9)
該反射防止膜は錐台形状ないしは、実質、錐台形状が250nm以下のピッチで規則的に配列した微細凹凸構造層を有し,
該微細凹凸構造層は,実質、屈折率が120nm以上250nm以下の厚さにわたって連続的に変化するとみなせる領域を有しており,
光学基板と該微細構造体との間には屈折率が1.6〜2.0の誘電体薄膜層が形成されていること
を特徴とする反射防止膜。 An antireflection film formed on an optical substrate having a refractive index of 1.85 or more and 2.20 or less at a wavelength of 550 nm,
The antireflection film has a frustum shape or a substantially uneven structure layer in which the frustum shape is regularly arranged at a pitch of 250 nm or less,
The fine concavo-convex structure layer has a region where the refractive index can be regarded as continuously changing over a thickness of 120 nm to 250 nm.
An antireflection film, wherein a dielectric thin film layer having a refractive index of 1.6 to 2.0 is formed between an optical substrate and the microstructure.
該光学基板の屈折率をNsubとし,光学基板側にから順に,
屈折率がN1,膜厚がD1の値を有する第1層と,
屈折率がN2の値を有する材料から形成され,膜厚がD2の値を有する第2層(下地層)と,
周期が250nm以下で,膜厚(微細凹凸構造の高さ)がD3である第3層(構造層)とが一体(同一素材)で形成されており,
第3層における微細凹凸構造の下部での空間占有率をFFb,有効屈折率をN3b,上部での空間占有率をFFt,有効屈折率をN3tとしたとき,
各層の屈折率および膜厚が以下の条件を満たすことを特徴とする反射防止膜。
1.85 ≦ Nsub ≦ 2.20,
1.60 ≦ N1 ≦ 2.0, 30nm ≦ D1 ≦ 100nm
1.38 ≦ N2 ≦ 1.62, D2≦ 90nm
1.20 ≦ N3b ≦ 1.50, 1.004 ≦ N3t ≦ 1.12, 120nm ≦ D3 ≦ 250nm The antireflection film according to claim 1,
The refractive index of the optical substrate is N sub, and in order from the optical substrate side,
A first layer having a refractive index of N 1 and a thickness of D 1 ;
A second layer (underlayer) having a refractive index of N 2 and a film thickness of D 2 ;
The third layer (structural layer) whose period is 250 nm or less and whose film thickness (height of the fine concavo-convex structure) is D 3 is integrally formed (same material),
When the space occupancy at the bottom of the fine relief structure in the third layer is FF b , the effective refractive index is N 3b , the space occupancy at the top is FF t , and the effective refractive index is N 3t ,
An antireflection film characterized in that the refractive index and film thickness of each layer satisfy the following conditions.
1.85 ≤ N sub ≤ 2.20,
1.60 ≤ N 1 ≤ 2.0, 30 nm ≤ D 1 ≤ 100 nm
1.38 ≤ N 2 ≤ 1.62, D 2 ≤ 90nm
1.20 ≤ N 3b ≤ 1.50, 1.004 ≤ N 3t ≤ 1.12, 120nm ≤ D 3 ≤ 250nm
1.85 ≦ Nsub ≦ 2.20,
1.63 ≦ N1 ≦ 2.0, 45nm ≦ D1 ≦ 90nm
1.48 ≦ N2 ≦ 1.60, D2≦ 82nm
1.26 ≦ N3b ≦ 1.46, 1.015 ≦ N3t ≦ 1.05, 180nm ≦ D3 ≦ 250nm 3. The antireflection film according to claim 2, wherein the refractive index and film thickness of each layer satisfy the following conditions.
1.85 ≤ N sub ≤ 2.20,
1.63 ≤ N 1 ≤ 2.0, 45nm ≤ D 1 ≤ 90nm
1.48 ≤ N 2 ≤ 1.60, D 2 ≤ 82nm
1.26 ≤ N 3b ≤ 1.46, 1.015 ≤ N 3t ≤ 1.05, 180nm ≤ D 3 ≤ 250nm
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の反射防止膜。 The reflection according to any one of claims 1 to 3, wherein the first layer is any one of a film containing silicon oxynitride (SiON) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Prevention film.
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の反射防止膜。 The antireflection film according to any one of claims 1 to 4, wherein the second layer and the third layer are made of an energy curable resin material.
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の反射防止膜。 The antireflection film according to any one of claims 1 to 4, wherein the second layer and the third layer are inorganic materials formed by a sol-gel method.
を特徴とする光学素子。 An optical element, wherein the antireflection film according to claim 1 is formed.
を特徴とする光学系。 An optical system comprising the optical element according to claim 7.
を特徴とする光学機器。
An optical apparatus comprising the optical system according to claim 8.
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