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公開番号2024085500
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-27
出願番号2022200028
出願日2022-12-15
発明の名称光学素子、結像光学系および光学機器
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 5/08 20060101AFI20240620BHJP(光学)
要約【課題】曲率を有する光学面上に形成されて膜厚分布を有しても、反射率特性のばらつきが生じにくい多層膜を有する光学素子を提供する。
【解決手段】光学素子は、基板200の曲面上に形成された多層膜100を有する。多層膜は、交互に積層された第1の材料からなる第1の膜と第2の材料からなる第2の膜とを含む。上記曲面の光学有効領域内での半開角の最大値をφ、半開角0°の位置での多層膜の総膜厚をD_C、半開角φの位置での多層膜の総膜厚をD_Qとし、第1の材料の波長λ[nm]における屈折率をn_L(λ)、第2の材料の波長λ[nm]における屈折率をn_H(λ)とするとき、φ≧20°、0.75≦D_Q/D_C≦0.95、1.4≦n_L(587.56)≦1.6、1.9≦n_H(587.56)≦2.4、n_H(587.56)-n_L(587.56)≧0.40および1/(n_H(420)-n_H(680))≧4.5なる条件を満足する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
結像光学系に使用され、曲面を含む基板と該曲面上に形成された多層膜とを有する光学素子であって、
前記多層膜は、交互に積層された第１の材料からなる第１の膜と第２の材料からなる第２の膜とを含み、
前記曲面の光学有効領域内での半開角の最大値をφ、半開角０°の位置での前記多層膜の総膜厚をＤ
Ｃ
、半開角φの位置での前記多層膜の総膜厚をＤ
Ｑ
とし、
前記第１の材料の波長λ［ｎｍ］における屈折率をｎ
Ｌ
（λ）、前記第２の材料の波長λ［ｎｍ］における屈折率をｎ
Ｈ
（λ）とするとき、
φ≧２０°
０．７５≦Ｄ
Ｑ
／Ｄ
Ｃ
≦０．９５
１．４≦ｎ
Ｌ
（５８７．５６）≦１．６
１．９≦ｎ
Ｈ
（５８７．５６）≦２．４
ｎ
Ｈ
（５８７．５６）－ｎ
Ｌ
（５８７．５６）≧０．４０
１／（ｎ
Ｈ
（４２０）－ｎ
Ｈ
（６８０））≧４．５
なる条件を満足することを特徴とする光学素子。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
１／（ｎ
Ｈ
（４２０）－ｎ
Ｈ
（６８０））≧４．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記半開角０°の位置に入射角０°で入射する波長λの光に対する前記多層膜の反射率をＲ
Ｃ
（λ）、前記半開角φの位置に入射角０°で入射する波長λの光に対する前記多層膜の反射率をＲ
Ｑ
（λ）とするとき、
４２０≦λ≦６８０の範囲において、
４５％≦Ｒ
Ｃ
≦５５％
４５％≦Ｒ
Ｑ
≦５５％
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記半開角０°の位置における前記第２の膜の総膜厚をＤ
ＣＨ
とするとき、
０．２０≦Ｄ
ＣＨ
／Ｄ
Ｃ
≦０．４０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記多層膜を構成する膜の総数をｍとし、
前記基板側から数えて（ｍ－４）番目の膜の膜厚をｄ
ｍ－４
とするとき、
１００≦ｄ
ｍ－４
≦１８０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記多層膜を構成する膜の総数をｍとし、
前記基板側から数えて（ｍ－２）番目の膜の膜厚をｄ
ｍ－２
とするとき、
１００≦ｄ
ｍ－２
≦１８０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
前記多層膜を構成する膜の総数をｍとするとき、
８≦ｍ≦１１
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項８】
前記基板の熱膨張係数をα［１０
－５
／℃］とするとき、
１．５≦α≦３０．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第１の材料は、重量比が０．００１％以上１０％以下のアルミニウムと、重量比が９０％以上の酸化ケイ素とを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記第２の材料は、酸化チタンおよび酸化ニオブのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は光を反射および透過させる多層膜を有する光学素子に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウンドディスプレイ（ＨＭＤ）等の光学機器では、ハーフミラー（反射透過面）と偏光を利用して光路を折り畳むことで必要な光路長を確保しつつ小型軽量化がなされている。特許文献１には、凸面にハーフミラーコーティングを付与した反射屈折素子と、円偏光選択半透鏡とを用いた光学系が開示されている。特許文献２には、凹面にハーフミラーコーティングを付与した透過屈折素子と、非球面樹脂レンズに設けられた円偏光選択半透鏡とを用いた光学系が開示されている。
【０００３】
ハーフミラーコーティングは、レンズ等の基板の光学面上に、蒸着法により金属膜や誘電体多層膜を成膜することで形成されることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第３２９５５８３号公報
特許第４４１９２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
曲率を有する光学面上にハーフミラーコーティングを蒸着法により形成すると、膜厚にばらつき（膜厚分布）が生じ、この結果、ハーフミラーコーティングの反射率がばらついて良好な反射率特性が得られない。
【０００６】
本発明は、曲率を有する光学面上に形成されて膜厚分布を有しても、反射率特性のばらつきが生じにくい多層膜を有する光学素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての光学素子は、結像光学系に使用され、曲面を含む基板と該曲面上に形成された多層膜とを有する。多層膜は、交互に積層された第１の材料からなる第１の膜と第２の材料からなる第２の膜とを含む。上記曲面の光学有効領域内での半開角の最大値をφ、半開角０°の位置での多層膜の総膜厚をＤ
Ｃ
、半開角φの位置での多層膜の総膜厚をＤ
Ｑ
とし、第１の材料の波長λ［ｎｍ］における屈折率をｎ
Ｌ
（λ）、第２の材料の波長λ［ｎｍ］における屈折率をｎ
Ｈ
（λ）とするとき、
φ≧２０°
０．７５≦Ｄ
Ｑ
／Ｄ
Ｃ
≦０．９５
１．４≦ｎ
Ｌ
（５８７．５６）≦１．６
１．９≦ｎ
Ｈ
（５８７．５６）≦２．４
ｎ
Ｈ
（５８７．５６）－ｎ
Ｌ
（５８７．５６）≧０．４０
１／（ｎ
Ｈ
（４２０）－ｎ
Ｈ
（６８０））≧４．５
なる条件を満足することを特徴とする。なお、上記光学素子を有する結像光学系や光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半開角が２０°以上の曲率を有する光学面上に形成されて膜厚分布を有しても、反射率特性のばらつきが生じにくい多層膜を有する光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例の光学素子を示す概略図。
実施例１および比較例１、２の膜構成を示す模式図。
実施例１、２および比較例１、２における光学素子の断面の模式図。
実施例１における蒸着材料の屈折率特性を示す図。
実施例１における０°入射光に対する反射率特性を示す図。
実施例２の膜構成を示す模式図。
実施例２における蒸着材料の屈折率特性を示す図。
実施例２における０°入射光に対する反射率特性を示す図。
実施例３、４における光学素子の断面の模式図。
実施例３における膜構成を示す模式図。
実施例３における蒸着材料の屈折率特性を示す図。
実施例３における０°入射光に対する反射率特性を示す図。
実施例４における膜構成を示す模式図。
実施例４における蒸着材料の屈折率特性を示す図。
実施例４における０°入射光に対する反射率特性を示す図。
実施例１～４の光学素子を用いた光学系を示す図。
上記光学系を備えた光学機器の断面図。
上記光学機器の外観図。
比較例１における蒸着材料の屈折率特性を示す図。
比較例１における０°入射光に対する反射率特性を示す図。
比較例２における０°入射光に対する反射率特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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