WO2013179914A1 - 反射防止膜、光学系、光学機器、及び反射防止膜の成膜方法 - Google Patents

反射防止膜、光学系、光学機器、及び反射防止膜の成膜方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an antireflection film, an optical system having the antireflection film, an optical apparatus having the optical system, and a method for forming the antireflection film.
  • the multiphoton absorption microscope uses higher order, for example, second order laser light for the purpose of obtaining high output as excitation light.
  • the wavelength of the laser light used for visible light excitation is preferably infrared light.
  • the optical system of the multiphoton absorption microscope needs to transmit fluorescence for observation (visible light) and near-infrared light as excitation laser light that generates fluorescence. Therefore, an antireflection film that transmits near-infrared light from visible light has been required.
  • the laser light as the excitation light needs to have a wavelength approximately twice the fluorescence observation wavelength. In fluorescence observation, the wavelength used for observation is determined by the reagent used. Since the wavelength of visible light used is about 500 nm, it is preferable that the antireflection film transmits light having a wavelength from visible light to near infrared (about 1000 nm).
  • Patent Document 1 proposes an antireflection film that transmits only near-infrared light that does not include visible light. Furthermore, since it is required to block near-infrared light when visible light is necessary, as in Patent Document 2, visible light is transmitted and near-infrared light is reflected. Antireflection films have been proposed. Further, as an antireflection film that transmits visible light to near-infrared light, Patent Document 3 discloses an antireflection film that transmits light in the wavelength range of 400 nm to 1100 nm.
  • the multiphoton absorption microscope not only the surface of the observation target but also the inside can be observed.
  • a laser beam having a longer wavelength as excitation light in order to observe the deep portion.
  • the antireflection film described in Patent Document 1 can transmit only one of visible light and near-infrared light.
  • the antireflection film described in Patent Document 3 has insufficient transmission band width, has a reflectance of 7% at a wavelength of 1350 nm, and a reflectance of 16% at a wavelength of 1600 nm. Therefore, it does not serve as an antireflection film.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an antireflection film having a band from visible light to infrared region (wavelength range: 400 nm to 1600 nm).
  • the antireflection film according to the present invention alternately stacks a high refractive index material and a low refractive index material having a refractive index lower than that of the high refractive index material, An ultra-low refractive index material having a refractive index lower than that of the low refractive index material is laminated on the outermost layer to form 12 layers.
  • the optical system according to the present invention is characterized by being composed of one or more optical substrates having the above-described antireflection film.
  • the optical apparatus according to the present invention is characterized by having the above-described optical system.
  • a method for forming an antireflection film according to the present invention includes: a first film forming step of alternately stacking a high refractive index material and a low refractive index material having a lower refractive index than the high refractive index material on a substrate; And a second film forming step of laminating an ultra-low refractive index material having a refractive index lower than that of the low refractive index material on the outermost layer by wet coating.
  • the antireflection film according to the present invention can provide an antireflection film having a band from visible light to infrared region (wavelength range: 400 nm to 1600 nm). Further, an antireflection film having a reflectance of 1% or less in the wavelength range of 400 nm to 1600 nm can be realized by forming a wet coat layer on the outermost layer and laminating a dielectric multilayer film on the other layers. By forming this antireflection film on the optical component, a longer wavelength laser beam can be used as the excitation light, and deeper observation can be performed in the internal observation of the observation target.
  • 6 is a table showing a layer configuration of an antireflection film according to Example 1, Example 2, Example 3, and Example 4.
  • 10 is a table showing the maximum reflectance of the antireflection film according to Example 1, Example 2, Example 3, and Example 4.
  • 6 is a graph showing the reflectance characteristics of the antireflection film according to Example 1.
  • 6 is a graph showing the reflectance characteristics of an antireflection film according to Example 2.
  • 6 is a graph showing the reflectance characteristics of an antireflection film according to Example 3.
  • 6 is a graph showing the reflectance characteristics of an antireflection film according to Example 4.
  • 10 is a table showing a layer configuration of an antireflection film according to Example 5 and Example 6.
  • FIG. 10 is a graph showing the reflectance characteristics of an antireflection film according to Example 5.
  • 10 is a graph showing the reflectance characteristics of an antireflection film according to Example 6.
  • 10 is a table showing a layer configuration of an antireflection film according to Example 7 and Example 8.
  • 10 is a table showing the maximum reflectance of an antireflection film according to Example 7 and Example 8.
  • 12 is a graph showing the reflectance characteristics of an antireflection film according to Example 7.
  • 10 is a graph showing the reflectance characteristics of an antireflection film according to Example 8.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a multiphoton absorption microscope according to an embodiment of the optical apparatus of the present invention.
  • the short pulse laser light oscillated by the laser light source 101 is reflected by the multilayer filter 102 and irradiated to the observation object S placed on the observation table 103 via the optical system 110.
  • the excitation light generated in the observation object S by the laser light irradiation passes through the multilayer filter 102 and can be observed by the observer B.
  • the optical system 110 is formed with an antireflection film, and has a reflectance of 1% or less with respect to light having a wavelength range of 400 nm to 1600 nm.
  • This antireflection film consists of 12 layers laminated in order on the substrate, and the twelfth layer (the outermost layer) farthest from the substrate is mainly composed of hollow silica, which is an ultra-low refractive index material, and is formed by wet coating. It is an ultra-low refractive index layer.
  • a wet coating forming method for example, spin coating, dipping, spraying, ink jetting, and slit water can be used. Further, the refractive index of the ultra-low refractive index layer by wet coating can be set to an arbitrary value between 1.20 and 1.29.
  • the first to eleventh layers are formed by sequentially laminating dielectric multilayer films.
  • the first to eleventh layers are formed by, for example, vacuum deposition, IAD (Ion Assisted Deposition), assistance by plasma, sputtering, or ion beam sputtering (first film formation step).
  • IAD Ion Assisted Deposition
  • first film formation step After this film formation, an ultra-low refractive index substance is laminated on the 11th layer as the outermost layer (second film formation step).
  • the optical system in the multiphoton absorption microscope of the present embodiment is preferably used for an objective lens for a multiphoton absorption microscope, but it is also applicable to lenses, prisms, and filters of optical devices such as cameras, glasses, and telescopes. Can do.
  • the anti-reflective film of the embodiment of the present invention is an ultra-low refractive index in which a high refractive index material and a low refractive index material having a lower refractive index than that of the high refractive index material are alternately stacked, and the refractive index is lower than that of the low refractive index material It is characterized in that the rate material is laminated on the outermost layer to form 12 layers.
  • the first, third, fifth, seventh, ninth, and eleventh layers are made of a high refractive index material, and the second, fourth, sixth, eighth, and tenth layers are made low refractive.
  • the refractive index material is preferably laminated on the twelfth layer.
  • the optical film thickness of the eleventh layer (11th layer) from the substrate is preferably 4% or less of the entire optical film thickness of the antireflection film.
  • the optical film thickness nd represented by the product of the refractive index n and the physical film thickness d in each layer preferably satisfies the following expressions.
  • the optical film thickness nd in each layer does not satisfy the above formulas, it becomes difficult to realize a reflectance of 1% or less for light in the wavelength range of 400 nm to 1600 nm.
  • the high refractive index material is TiO 2 , Ta 2 O 5 , HfO 2 , Nb 2 O 5 , or a mixture thereof with La and Zr, and the low refractive index material is SiO 2.
  • MgF 2 or a mixture thereof is preferable.
  • the refractive index of the ultra-low refractive index material is preferably 1.20 to 1.29.
  • the refractive index is lower than 1.20, it is difficult to select an applicable substance.
  • the refractive index is higher than 1.29, it is difficult to realize a reflectance of 1% or less with respect to light having a wavelength range of 400 nm to 1600 nm.
  • the refractive index of the substrate is preferably in the range of 1.44 to 1.88.
  • the refractive index of the substrate is outside the range of 1.44 to 1.88, it becomes difficult to realize a reflectance of 1% or less for light in the wavelength range of 400 nm to 1600 nm.
  • the ultra low refractive index material is formed by wet coating.
  • An optical system according to an embodiment of the present invention is characterized in that it is composed of one or more optical substrates having any of the above-described antireflection films.
  • An optical apparatus has the above-described optical system.
  • the method of forming an antireflection film according to an embodiment of the present invention includes a first film forming step of alternately stacking a high refractive index material and a low refractive index material having a lower refractive index than the high refractive index material on a substrate. And a second film forming step of laminating an ultra-low refractive index material having a refractive index lower than that of the low refractive index material on the outermost layer by wet coating.
  • the first film formation process is performed by vacuum deposition, IAD, assistance by plasma, sputtering, or ion beam sputtering.
  • FIG. 2 is a table showing the layer configuration of the antireflection film according to Example 1, Example 2, Example 3, and Example 4.
  • FIG. 3 is a table showing the maximum reflectance of the antireflection films according to Example 1, Example 2, Example 3, and Example 4.
  • FIG. 4 is a graph showing the reflectance characteristics of the antireflection film according to Example 1.
  • FIG. 5 is a graph showing the reflectance characteristics of the antireflection film according to Example 2.
  • FIG. 6 is a graph showing the reflectance characteristics of the antireflection film according to Example 3.
  • FIG. 7 is a graph showing the reflectance characteristics of the antireflection film according to Example 4.
  • FIG. 2 shows the optical film thickness of each layer at the design wavelength of 550 nm.
  • FIG. 3 shows the maximum reflectivity when the refractive index of the substrate is the minimum value and the maximum value in the substrate refractive index range shown in FIG. These maximum reflectivities are the maximum reflectivities in the wavelength range of 400 nm to 1600 nm.
  • the case where the refractive index n of the substrate is 1.44 is indicated by a solid line, and the case where it is 1.55 is indicated by a broken line.
  • FIG. 4 shows the case where the refractive index n of the substrate is 1.44 a solid line, and the case where it is 1.55 is indicated by a broken line.
  • the case where the refractive index n of the substrate is 1.55 is indicated by a solid line, and the case where it is 1.70 is indicated by a broken line.
  • the case where the refractive index n of the substrate is 1.70 is indicated by a solid line, and the case where it is 1.81 is indicated by a broken line.
  • the case where the refractive index n of the substrate is 1.81 is indicated by a solid line, and the case where it is 1.88 is indicated by a broken line.
  • Ta 2 O 5 as a high refractive index material is arranged as a high refractive index layer of the first, third, fifth, seventh, ninth, and eleventh layers in order from the substrate side.
  • SiO 2 is arranged as the low refractive index layers of the second, fourth, sixth, eighth, and tenth layers in order from the substrate side, and the ultra low refractive index substance is the twelfth layer (the outermost layer, the ultra low layer). (Refractive index layer).
  • the optical film thickness that is the product of the refractive index n and the physical film thickness d satisfies the following expressions.
  • 8th layer 0.05 ⁇ nd ⁇ 0.17 Ninth layer 0.06 ⁇ nd ⁇ 0.15 10th layer 0.16 ⁇ nd ⁇ 0.27 11th layer 0.02 ⁇ nd ⁇ 0.06 12th layer 0.32 ⁇ nd ⁇ 0.39
  • Example 1 As shown in FIG. 4, the antireflection film of Example 1 has a reflectance of 1% or less in a wavelength range of 400 nm to 1600 nm on both substrates having a refractive index of 1.44 and a refractive index of 1.55. Yes. The same applies to a substrate having a refractive index in the range between a refractive index of 1.44 and a refractive index of 1.55.
  • the maximum reflectance is 0.92%, and the maximum reflectance does not exceed 1%.
  • Example 2 As shown in FIG. 5, the antireflection film of Example 2 has a reflectance of 1% or less in a wavelength range of 400 nm to 1600 nm on any substrate having a refractive index of 1.55 and a refractive index of 1.70. Yes. The same applies to a substrate having a refractive index in the range between a refractive index of 1.55 and a refractive index of 1.70.
  • the maximum reflectance is 0.97%, and the maximum reflectance does not exceed 1%.
  • Example 3 As shown in FIG. 6, the antireflection film of Example 3 has a reflectance of 1% or less in a wavelength range of 400 nm to 1600 nm on both substrates having a refractive index of 1.70 and a refractive index of 1.81. Yes. The same applies to a substrate having a refractive index in the range between a refractive index of 1.70 and a refractive index of 1.81.
  • the maximum reflectance is 0.93%, and the maximum reflectance does not exceed 1%.
  • Example 4 As shown in FIG. 7, the antireflection film of Example 4 has a reflectance of 1% or less in a wavelength range of 400 nm to 1600 nm on both substrates having a refractive index of 1.81 and a refractive index of 1.88. Yes. The same applies to a substrate having a refractive index in the range between a refractive index of 1.81 and a refractive index of 1.88.
  • the maximum reflectance is 0.95%, and the maximum reflectance does not exceed 1%.
  • FIG. 8 is a table showing the layer configuration of the antireflection film according to Example 5 and Example 6.
  • FIG. 9 is a table showing the maximum reflectance of the antireflection film according to Example 5 and Example 6.
  • FIG. 10 is a graph showing the reflectance characteristics of the antireflection film according to Example 5.
  • FIG. 11 is a graph showing the reflectance characteristics of the antireflection film according to Example 6.
  • FIG. 8 shows the optical film thickness of each layer at the design wavelength of 550 nm.
  • FIG. 9 shows the maximum reflectivity when the refractive index of the substrate is the minimum value and the maximum value in the substrate refractive index range shown in FIG. These maximum reflectivities are the maximum reflectivities in the wavelength range of 400 nm to 1600 nm.
  • the case where the refractive index n of the substrate is 1.70 is indicated by a solid line
  • the case where it is 1.45 is indicated by a broken line
  • the case where it is 1.88 is indicated by a one-dot chain line.
  • FIG. 11 the case where the refractive index n of the substrate is 1.44 is indicated by a solid line, and the case where it is 1.88 is indicated by a broken line.
  • HfO 2 as a high refractive index material is arranged as a high refractive index layer of first, third, fifth, seventh, ninth and eleventh layers in order from the substrate side, and SiO as a low refractive index material.
  • the ultra low refractive index substance is the twelfth layer (the outermost layer, the ultra low refractive index). Layer).
  • the optical film thickness that is the product of the refractive index n and the physical film thickness d satisfies the following expressions.
  • 8th layer 0.05 ⁇ nd ⁇ 0.17 Ninth layer 0.06 ⁇ nd ⁇ 0.15 10th layer 0.16 ⁇ nd ⁇ 0.27 11th layer 0.02 ⁇ nd ⁇ 0.06 12th layer 0.32 ⁇ nd ⁇ 0.39
  • Example 5 As shown in FIG. 10, the antireflection film of Example 5 has a reflectance of 1% or less in a wavelength range of 400 nm to 1600 nm on any substrate having a refractive index of 1.44, 1.70, and 1.88. It has become. The same applies to a substrate having a refractive index in the range between the refractive indexes of 1.44, 1.70, and 1.88.
  • Example 6 As shown in FIG. 11, the antireflection film of Example 6 has a reflectance of 1% or less in a wavelength range of 400 nm to 1600 nm on both substrates having a refractive index of 1.44 and a refractive index of 1.88. Yes. The same applies to a substrate having a refractive index in the range between a refractive index of 1.44 and a refractive index of 1.88.
  • the maximum reflectance is 0.95%, and the maximum reflectance does not exceed 1%.
  • FIG. 12 is a table showing the layer configuration of the antireflection film according to Example 7 and Example 8.
  • FIG. 13 is a table showing the maximum reflectance of the antireflection film according to Example 7 and Example 8.
  • FIG. 14 is a graph showing the reflectance characteristics of the antireflection film according to Example 7.
  • FIG. 15 is a graph showing the reflectance characteristics of the antireflection film according to Example 8.
  • FIG. 12 shows the optical film thickness of each layer at the design wavelength of 550 nm.
  • FIG. 13 shows the maximum reflectivity when the refractive index of the substrate is the minimum value and the maximum value in the substrate refractive index range shown in FIG. These maximum reflectivities are the maximum reflectivities in the wavelength range of 400 nm to 1600 nm.
  • FIG. 14 the case where the refractive index n of the substrate is 1.44 is indicated by a solid line, and the case where it is 1.88 is indicated by a broken line.
  • FIG. 15 the case where the refractive index n of the substrate is 1.44 is indicated by a solid line, and the case where it is 1.88 is indicated by a broken line.
  • TiO 2 as a high refractive index material is disposed as a high refractive index layer of first, third, fifth, seventh, ninth, and eleventh layers in order from the substrate side, and MgF as a low refractive index material.
  • the ultra low refractive index substance is the twelfth layer (the outermost layer, the ultra low refractive index). Layer).
  • the optical film thickness that is the product of the refractive index n and the physical film thickness d satisfies the following expressions.
  • 8th layer 0.05 ⁇ nd ⁇ 0.17 Ninth layer 0.06 ⁇ nd ⁇ 0.15 10th layer 0.16 ⁇ nd ⁇ 0.27 11th layer 0.02 ⁇ nd ⁇ 0.06 12th layer 0.32 ⁇ nd ⁇ 0.39
  • Example 7 As shown in FIG. 14, the antireflection film of Example 7 has a reflectance of 1% or less in a wavelength range of 400 nm to 1600 nm on both substrates having a refractive index of 1.44 and a refractive index of 1.88. Yes. The same applies to a substrate having a refractive index in the range between a refractive index of 1.44 and a refractive index of 1.88.
  • the maximum reflectance is 0.80%, and the maximum reflectance does not exceed 1%.
  • Example 8 As shown in FIG. 15, the antireflection film of Example 8 has a reflectance of 1% or less in a wavelength range of 400 nm to 1600 nm on both substrates having a refractive index of 1.44 and a refractive index of 1.88. Yes. The same applies to a substrate having a refractive index in the range between a refractive index of 1.44 and a refractive index of 1.88.
  • the maximum reflectance is 0.92%, and the maximum reflectance does not exceed 1%.
  • the antireflection film according to the present invention is useful for a multiphoton absorption microscope in which an objective lens needs an antireflection film having a wavelength range from visible light to infrared.

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Description

反射防止膜、光学系、光学機器、及び反射防止膜の成膜方法
　本発明は、反射防止膜、この反射防止膜を有する光学系、この光学系を有する光学機器、及び反射防止膜の成膜方法に関するものである。
　近年、医療、化学分野において、細胞等の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あてると、試薬から別の波長の蛍光が励起され、この蛍光によって対象の観察を行うことができる蛍光顕微鏡の用途が拡大している。そのような蛍光顕微鏡の一つとして、多光子吸収顕微鏡がある。
　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、高次、例えば２次のレーザ光を用いる。ここでは、可視光励起のために用いるレーザ光の波長は、赤外光が好ましい。
　この場合、多光子吸収顕微鏡の光学系は、観察用の蛍光（可視光）と、蛍光を発生させる励起レーザ光としての近赤外光と、を透過させる必要がある。そのため、可視光から近赤外光を透過させる反射防止膜が必要とされてきた。ここで、励起光としてのレーザ光は、蛍光観察波長の約２倍の波長が必要になる。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。使用される可視光の波長はおおよそ５００ｎｍ前後であるので、反射防止膜は、可視光から近赤外（約１０００ｎｍ）までの波長の光を透過することが好ましい。
　一般的な反射防止膜として、可視光（波長範囲４００ｎｍ～６８０ｎｍ）を透過させるものであって、３層構成の設計が知られている。また、特許文献１では可視光を含まない近赤外域光のみを透過させる反射防止膜が提案されている。さらにまた、可視光が必要な場合には近赤外域の光を遮断することが求められるため、特許文献２のように、可視光は透過させ、近赤外域の光は反射させる、という特性の反射防止膜が提案されている。また、可視光から近赤外域光を透過させる反射防止膜としては、特許文献３において波長範囲４００ｎｍ～１１００ｎｍまで透過させる反射防止膜が得られている。
特開２００５－２７５２９４号公報 特開平９－３２５２１１号公報 特開２００５－３３８３６６号公報
　多光子吸収顕微鏡においては、観察対象の表面だけでなく、内部の観察を行うことができる。多光子吸収顕微鏡を用いて観察対象の内部観察を行うとき、その深部を観察するには、より長波長のレーザ光を励起光に使用することが有効となる。また、大気の光吸収などを考慮すると、波長１６００ｎｍまでの長波長のレーザ光を使用できると良い。つまり、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍという範囲の透過帯域があることが望ましい。したがって、従来の多光子吸収顕微鏡においては、観察を行うための対物レンズに波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍの反射防止膜が必要となる。
　しかし、上述のように、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％となっており、レンズや基板以上の反射率となっているため、反射防止膜の役目を果たしていない。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、可視光から赤外域（波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍ）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。
　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、高屈折率物質と、高屈折率物質より屈折率が低い低屈折率物質と、を交互に積層し、低屈折率物質より屈折率が低い超低屈折率物質を最表層に積層して１２層としたことを特徴としている。
　本発明に係る光学系は、上述の反射防止膜を有する１枚以上の光学基板で構成されたことを特徴としている。
　本発明に係る光学機器は、上述の光学系を有することを特徴としている。
　本発明に係る反射防止膜の成膜方法は、基板上に、高屈折率物質と、高屈折率物質より屈折率が低い低屈折率物質と、を交互に積層する第１成膜工程と、低屈折率物質より屈折率が低い超低屈折率物質を、ウエットコートによって最表層に積層する第２成膜工程と、を備えることを特徴としている。
　本発明に係る反射防止膜は、可視光から赤外域（波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍ）までの帯域を持つ反射防止膜を提供することができる。
　また、最表層にウエットコートによる層を形成し、他の層に誘電体多層膜を積層した構成により、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍで１％以下の反射率の反射防止膜を実現することができる。この反射防止膜を光学部品に成膜することで、励起光として、より長波長のレーザ光を使用することができ、観察対象の内部観察において、より深部の観察を行うことができる。
本発明の実施形態に係る多光子吸収顕微鏡の概略構成を示す図である。 実施例１、実施例２、実施例３、及び実施例４に係る反射防止膜の層構成を示す表である。 実施例１、実施例２、実施例３、及び実施例４に係る反射防止膜の最大反射率を示す表である。 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。 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。 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。 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。 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。 実施例５及び実施例６に係る反射防止膜の最大反射率を示す表である。 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。 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。 実施例７及び実施例８に係る反射防止膜の層構成を示す表である。 実施例７及び実施例８に係る反射防止膜の最大反射率を示す表である。 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。 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。
　以下に、本発明に係る反射防止膜、この反射防止膜を有する光学系、この光学系を有する光学機器、及び反射防止膜の成膜方法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。
　図１は、本発明の光学機器の実施形態に係る多光子吸収顕微鏡の概略構成を示す図である。
　図１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、光学系１１０を介して、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。
　光学系１１０には、反射防止膜が形成されており、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍの光に対して１％以下の反射率を有している。
　この反射防止膜は、基板上に順に積層された１２層からなり、基板から最も離れた第１２層（最表層）は、超低屈折率物質である中空シリカを主成分とし、ウエットコートによって形成される超低屈折率層である。ウエットコートの形成方法としては、例えば、スピンコート、ディッピング、スプレー、インクジェット、スリットウォーターが使用可能である。また、ウエットコートによる超低屈折率層の屈折率は１．２０～１．２９の間で任意の値に設定できる。
　第１層～第１１層は、誘電体多層膜を順に積層してなる。この第１層～第１１層は、例えば、真空蒸着、ＩＡＤ（Ｉｏｎ　Ａｓｓｉｓｔｅｄ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、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によって成膜する（第１成膜工程）。この成膜の後に、最表層として、第１１層上に超低屈折率物質を積層する（第２成膜工程）。
　本実施形態の多光子吸収顕微鏡における光学系は、多光子吸収顕微鏡用の対物レンズに用いることが望ましいが、カメラ、眼鏡、望遠鏡等の光学機器のレンズ、プリズム、フィルタに対しても適用することができる。
　次に、本発明の実施形態に係る反射防止膜の構成・作用・効果について説明する。
　本発明の実施形態の反射防止膜は、高屈折率物質と、高屈折率物質より屈折率が低い低屈折率物質と、を交互に積層し、低屈折率物質より屈折率が低い超低屈折率物質を最表層に積層して１２層としたことを特徴としている。
　本発明の実施形態の反射防止膜において、基板側から順に、第１、３、５、７、９、１１層に高屈折率物質を、第２、４、６、８、１０層に低屈折率物質を、第１２層に超低屈折率物質を積層することが好ましい。
　本発明の実施形態の反射防止膜において、基板から１１番目の層（第１１層）の光学膜厚は、反射防止膜の全体の光学膜厚の４％以下であることが好ましい。
　本発明の実施形態の反射防止膜においては、各層において、屈折率ｎと物理膜厚ｄの積で表される光学膜厚ｎｄが、次の各式を満足することが好ましい。
　第１層　　０．０２＜ｎｄ＜０．１１
　第２層　　０．０３＜ｎｄ＜０．２２
　第３層　　０．０６＜ｎｄ＜０．２６
　第４層　　０．０３＜ｎｄ＜０．１８
　第５層　　０．０９＜ｎｄ＜０．３２
　第６層　　０．０２＜ｎｄ＜０．１６
　第７層　　０．１０＜ｎｄ＜０．７３
　第８層　　０．０５＜ｎｄ＜０．１７
　第９層　　０．０６＜ｎｄ＜０．１５
　第１０層　０．１６＜ｎｄ＜０．２７
　第１１層　０．０２＜ｎｄ＜０．０６
　第１２層　０．３２＜ｎｄ＜０．３９
　各層における光学膜厚ｎｄが、上記各式を満足しない場合は、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍの光に対して１％以下の反射率を実現することが難しくなる。
　本発明の実施形態の反射防止膜において、高屈折率物質はＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、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。
　本発明の実施形態の反射防止膜において、超低屈折率物質の屈折率は１．２０～１．２９であることが好ましい。
　屈折率が１．２０を下回ると適用可能な物質の選択が困難となり、１．２９を上回ると、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍの光に対して１％以下の反射率を実現することが難しくなる。
　本発明の実施形態の反射防止膜において、基板の屈折率は１．４４～１．８８の範囲であることが好ましい。
　基板の屈折率が１．４４～１．８８の範囲外となると、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍの光に対して１％以下の反射率を実現することが難しくなる。
　本発明の実施形態の反射防止膜において、超低屈折率物質は、ウエットコートによって膜を形成することが好ましい。
　本発明の実施形態の光学系は、上述のいずれかの反射防止膜を有する１枚以上の光学基板で構成されたことを特徴としている。
　本発明の実施形態の光学機器は、上述の光学系を有することを特徴としている。
　本発明の実施形態の反射防止膜の成膜方法は、基板上に、高屈折率物質と、高屈折率物質より屈折率が低い低屈折率物質と、を交互に積層する第１成膜工程と、低屈折率物質より屈折率が低い超低屈折率物質を、ウエットコートによって最表層に積層する第２成膜工程と、を備えることを特徴としている。
　本発明の実施形態の反射防止膜の成膜方法において、第１成膜工程においては、真空蒸着、ＩＡＤ、プラズマによるアシスト、スパッタリング、又はイオンビームスパッタによって成膜することが好ましい。
　つづいて、本発明の実施形態に係る反射防止膜の実施例について説明する。
（実施例１～４）
　図２は、実施例１、実施例２、実施例３、及び実施例４に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図３は、実施例１、実施例２、実施例３、及び実施例４に係る反射防止膜の最大反射率を示す表である。図４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５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６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。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２においては、設計波長５５０ｎｍにおける各層の光学膜厚を示している。光学膜厚は、各層の屈折率ｎと物理膜厚ｄの積であって、設計波長／４＝０．２５で表している。
　図３は、基板の屈折率が、図３に示す基板屈折率範囲の最小値である場合と最大値である場合のそれぞれについて、最大反射率を示している。これらの最大反射率は、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍにおける最大反射率である。
　図４においては、基板の屈折率ｎが１．４４である場合を実線で示し、１．５５である場合を破線で示している。
　図５においては、基板の屈折率ｎが１．５５である場合を実線で示し、１．７０である場合を破線で示している。
　図６においては、基板の屈折率ｎが１．７０である場合を実線で示し、１．８１である場合を破線で示している。
　図７においては、基板の屈折率ｎが１．８１である場合を実線で示し、１．８８である場合を破線で示している。
　実施例１～４の反射防止膜は、図２に示すように、基板上に、高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５（屈折率ｎ＝２．２２）と、低屈折率物質としてのＳｉＯ２（屈折率ｎ＝１．４５）と、を交互に積層させて１１層とし、さらに基板から遠い側に超低屈折率物質を積層させた、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層の高屈折率層として配置され、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層の低屈折率層として配置され、超低屈折率物質は第１２層（最表層、超低屈折率層）として配置されている。
　ここで、積層体の各層において、屈折率ｎ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。
　第１層　　０．０２＜ｎｄ＜０．１１
　第２層　　０．０３＜ｎｄ＜０．２２
　第３層　　０．０６＜ｎｄ＜０．２６
　第４層　　０．０３＜ｎｄ＜０．１８
　第５層　　０．０９＜ｎｄ＜０．３２
　第６層　　０．０２＜ｎｄ＜０．１６
　第７層　　０．１０＜ｎｄ＜０．７３
　第８層　　０．０５＜ｎｄ＜０．１７
　第９層　　０．０６＜ｎｄ＜０．１５
　第１０層　０．１６＜ｎｄ＜０．２７
　第１１層　０．０２＜ｎｄ＜０．０６
　第１２層　０．３２＜ｎｄ＜０．３９
（実施例１）
　図４に示すように、実施例１の反射防止膜は、屈折率１．４４及び屈折率１．５５のいずれの基板上においても、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍで反射率が１％以下となっている。屈折率１．４４と屈折率１．５５の間の範囲の屈折率の基板においても同様である。
　具体的には、図３に示すように、屈折率が最小（ｎ＝１．４４）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．８４％であり、屈折率が最大（ｎ＝１．５５）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．９２％であって、最大反射率は１％を超えていない。
（実施例２）
　図５に示すように、実施例２の反射防止膜は、屈折率１．５５及び屈折率１．７０のいずれの基板上においても、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍで反射率が１％以下となっている。屈折率１．５５と屈折率１．７０の間の範囲の屈折率の基板においても同様である。
　具体的には、図３に示すように、屈折率が最小（ｎ＝１．５５）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．９７％であり、屈折率が最大（ｎ＝１．７０）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．９７％であって、最大反射率は１％を超えていない。
（実施例３）
　図６に示すように、実施例３の反射防止膜は、屈折率１．７０及び屈折率１．８１のいずれの基板上においても、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍで反射率が１％以下となっている。屈折率１．７０と屈折率１．８１の間の範囲の屈折率の基板においても同様である。
　具体的には、図３に示すように、屈折率が最小（ｎ＝１．７０）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．９８％であり、屈折率が最大（ｎ＝１．８１）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．９３％であって、最大反射率は１％を超えていない。
（実施例４）
　図７に示すように、実施例４の反射防止膜は、屈折率１．８１及び屈折率１．８８のいずれの基板上においても、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍで反射率が１％以下となっている。屈折率１．８１と屈折率１．８８の間の範囲の屈折率の基板においても同様である。
　具体的には、図３に示すように、屈折率が最小（ｎ＝１．８１）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．８４％であり、屈折率が最大（ｎ＝１．８８）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．９５％であって、最大反射率は１％を超えていない。
（実施例５～６）
　図８は、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９は、実施例５及び実施例６に係る反射防止膜の最大反射率を示す表である。図１０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１１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。
　図８においては、設計波長５５０ｎｍにおける各層の光学膜厚を示している。光学膜厚は、各層の屈折率ｎと物理膜厚ｄの積であって、設計波長／４＝０．２５で表している。
　図９は、基板の屈折率が、図８に示す基板屈折率範囲の最小値である場合と最大値である場合のそれぞれについて、最大反射率を示している。これらの最大反射率は、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍにおける最大反射率である。
　図１０においては、基板の屈折率ｎが１．７０である場合を実線で示し、１．４５である場合を破線で示し、１．８８である場合を一点鎖線で示している。図１１においては、基板の屈折率ｎが１．４４である場合を実線で示し、１．８８である場合を破線でそれぞれ示している。
　実施例５～６の反射防止膜は、図８に示すように、基板上に、高屈折率物質としてのＨｆＯ２（屈折率ｎ＝１．９９）と、低屈折率物質としてのＳｉＯ２（屈折率ｎ＝１．４５）と、を交互に積層させて１１層とし、さらに基板から遠い側に超低屈折率物質を積層させた、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層の高屈折率層として配置され、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層の低屈折率層として配置され、超低屈折率物質は第１２層（最表層、超低屈折率層）として配置されている。
　ここで、積層体の各層において、屈折率ｎ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。
　第１層　　０．０２＜ｎｄ＜０．１１
　第２層　　０．０３＜ｎｄ＜０．２２
　第３層　　０．０６＜ｎｄ＜０．２６
　第４層　　０．０３＜ｎｄ＜０．１８
　第５層　　０．０９＜ｎｄ＜０．３２
　第６層　　０．０２＜ｎｄ＜０．１６
　第７層　　０．１０＜ｎｄ＜０．７３
　第８層　　０．０５＜ｎｄ＜０．１７
　第９層　　０．０６＜ｎｄ＜０．１５
　第１０層　０．１６＜ｎｄ＜０．２７
　第１１層　０．０２＜ｎｄ＜０．０６
　第１２層　０．３２＜ｎｄ＜０．３９
（実施例５）
　図１０に示すように、実施例５の反射防止膜は、屈折率１．４４、１．７０、及び１．８８のいずれの基板上においても、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍで反射率が１％以下となっている。屈折率１．４４、１．７０、１．８８の間の範囲の屈折率の基板においても同様である。
　具体的には、図９に示すように、屈折率が最小（ｎ＝１．４４）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．８０％であり、屈折率が中間（ｎ＝１．７０）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．８１％であり、屈折率が最大（ｎ＝１．８８）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．８２％であって、最大反射率は１％を超えていない。
（実施例６）
　図１１に示すように、実施例６の反射防止膜は、屈折率１．４４及び屈折率１．８８のいずれの基板上においても、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍで反射率が１％以下となっている。屈折率１．４４と屈折率１．８８の間の範囲の屈折率の基板においても同様である。
　具体的には、図９に示すように、屈折率が最小（ｎ＝１．４４）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．８６％であり、屈折率が最大（ｎ＝１．８８）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．９５％であって、最大反射率は１％を超えていない。
（実施例７～８）
　図１２は、実施例７及び実施例８に係る反射防止膜の層構成を示す表である。図１３は、実施例７及び実施例８に係る反射防止膜の最大反射率を示す表である。図１４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１５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１２においては、設計波長５５０ｎｍにおける各層の光学膜厚を示している。光学膜厚は、各層の屈折率ｎと物理膜厚ｄの積であって、設計波長／４＝０．２５で表している。
　図１３は、基板の屈折率が、図１２に示す基板屈折率範囲の最小値である場合と最大値である場合のそれぞれについて、最大反射率を示している。これらの最大反射率は、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍにおける最大反射率である。
　図１４においては、基板の屈折率ｎが１．４４である場合を実線で示し、１．８８である場合を破線で示している。
　図１５においては、基板の屈折率ｎが１．４４である場合を実線で示し、１．８８である場合を破線で示している。
　実施例７～８の反射防止膜は、図１２に示すように、基板上に、高屈折率物質としてのＴｉＯ２（屈折率ｎ＝２．２２）と、低屈折率物質としてのＭｇＦ２（屈折率ｎ＝１．３８）と、を交互に積層させて１１層とし、さらに基板から遠い側に超低屈折率物質を積層させた、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層の高屈折率層として配置され、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、及び第１０層の低屈折率層として配置され、超低屈折率物質は第１２層（最表層、超低屈折率層）として配置されている。
　ここで、積層体の各層において、屈折率ｎ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。
　第１層　　０．０２＜ｎｄ＜０．１１
　第２層　　０．０３＜ｎｄ＜０．２２
　第３層　　０．０６＜ｎｄ＜０．２６
　第４層　　０．０３＜ｎｄ＜０．１８
　第５層　　０．０９＜ｎｄ＜０．３２
　第６層　　０．０２＜ｎｄ＜０．１６
　第７層　　０．１０＜ｎｄ＜０．７３
　第８層　　０．０５＜ｎｄ＜０．１７
　第９層　　０．０６＜ｎｄ＜０．１５
　第１０層　０．１６＜ｎｄ＜０．２７
　第１１層　０．０２＜ｎｄ＜０．０６
　第１２層　０．３２＜ｎｄ＜０．３９
（実施例７）
　図１４に示すように、実施例７の反射防止膜は、屈折率１．４４及び屈折率１．８８のいずれの基板上においても、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍで反射率が１％以下となっている。屈折率１．４４と屈折率１．８８の間の範囲の屈折率の基板においても同様である。
　具体的には、図１３に示すように、屈折率が最小（ｎ＝１．４４）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．９１％であり、屈折率が最大（ｎ＝１．８８）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．８０％であって、最大反射率は１％を超えていない。
（実施例８）
　図１５に示すように、実施例８の反射防止膜は、屈折率１．４４及び屈折率１．８８のいずれの基板上においても、波長範囲４００ｎｍ～１６００ｎｍで反射率が１％以下となっている。屈折率１．４４と屈折率１．８８の間の範囲の屈折率の基板においても同様である。
　具体的には、図１３に示すように、屈折率が最小（ｎ＝１．４４）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．９３％であり、屈折率が最大（ｎ＝１．８８）の基板に形成した反射防止膜では、最大反射率は０．９２％であって、最大反射率は１％を超えていない。
（変形例）
　上述の実施例１～８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。例えば、第１２層の外側にＳｉＯ２のオーバーコートを行ってもよい。
　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吸収顕微鏡に有用である。
　１０１　レーザ光源
　１０２　多層膜フィルタ
　１０３　観察台
　１１０　光学系
　Ｓ　　　観察対象

Claims (12)

  1. 　高屈折率物質と、前記高屈折率物質より屈折率が低い低屈折率物質と、を交互に積層し、前記低屈折率物質より屈折率が低い超低屈折率物質を最表層に積層して１２層としたことを特徴とする反射防止膜。
  2. 　基板側から順に、第１、３、５、７、９、１１層に前記高屈折率物質を、第２、４、６、８、１０層に前記低屈折率物質を、第１２層に前記超低屈折率物質を積層したことを特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
  3. 　基板から１１番目の層の光学膜厚は、前記反射防止膜の全体の光学膜厚の４％以下であることを特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
  4. 　各層において、屈折率ｎと物理膜厚ｄの積で表される光学膜厚ｎｄが、次の各式を満足することを特徴とする請求項２に記載の反射防止膜。
    　第１層　　０．０２＜ｎｄ＜０．１１
    　第２層　　０．０３＜ｎｄ＜０．２２
    　第３層　　０．０６＜ｎｄ＜０．２６
    　第４層　　０．０３＜ｎｄ＜０．１８
    　第５層　　０．０９＜ｎｄ＜０．３２
    　第６層　　０．０２＜ｎｄ＜０．１６
    　第７層　　０．１０＜ｎｄ＜０．７３
    　第８層　　０．０５＜ｎｄ＜０．１７
    　第９層　　０．０６＜ｎｄ＜０．１５
    　第１０層　０．１６＜ｎｄ＜０．２７
    　第１１層　０．０２＜ｎｄ＜０．０６
    　第１２層　０．３２＜ｎｄ＜０．３９
  5. 　前記高屈折率物質はＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、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から請求項４のいずれか１項に記載の反射防止膜。
  6. 　前記超低屈折率物質の屈折率は１．２０～１．２９であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の反射防止膜。
  7. 　前記基板の屈折率は１．４４～１．８８の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の反射防止膜。
  8. 　前記超低屈折率物質は、ウエットコートによって膜を形成したことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の反射防止膜。
  9. 　請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の反射防止膜を有する１枚以上の光学基板で構成されたことを特徴とする光学系。
  10. 　請求項９に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。
  11. 　基板上に、高屈折率物質と、前記高屈折率物質より屈折率が低い低屈折率物質と、を交互に積層する第１成膜工程と、
    　前記低屈折率物質より屈折率が低い超低屈折率物質を、ウエットコートによって最表層に積層する第２成膜工程と、を備えることを特徴とする反射防止膜の成膜方法。
  12. 　前記第１成膜工程においては、真空蒸着、ＩＡＤ、プラズマによるアシスト、スパッタリング、又はイオンビームスパッタによって成膜することを特徴とする請求項１１に記載の反射防止膜の成膜方法。
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