JP4043686B2

JP4043686B2 - 反射防止膜付きレンズ及び内視鏡

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Publication number: JP4043686B2
Application number: JP2000093336A
Authority: JP
Inventors: 延好豊原; 健川俣
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Current assignee: Olympus Corp
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Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2008-02-06
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の波長光の透過率を減少させると共に、特定の波長光の透過率を向上させることができる反射防止膜付きレンズ及びこのレンズを用いた内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内視鏡の中でも、撮像素子（ＣＣＤ）を対物光学系に内蔵したいわゆるビデオスコープが実用化されている。図３１はこの内視鏡を示し、対物光学系３１と、対物光学系３１と平行となっている光ファイバー３２とが内視鏡本体３０内に挿入されている。光ファイバー３２の基端側には光源３３が接続される一方、光ファイバー３２の先端側には照明光学系４２が設けられている。
【０００３】
この内視鏡では、光源３３から出た光を光ファイバー３２を介して照明光学系４２から出射して治療部３９を照明する。そして、治療部３９の観察像を対物光学系３１からＣＣＤ４１に取り込む。取り込まれた観察像はプロセッサー３４を介して画像処理を行った後、モニター３５によって観察される。
【０００４】
一方、治療は観察対物光学系３１と平行となって内視鏡本体３０内に挿入されたレーザープローブ３６によって行われる。すなわち、治療はレーザー光源３７からのレーザー光３８をレーザプローブ３６を介して治療部３９に照射して行うものである。このとき、治療部３９に照射されたレーザー光３８が治療部３９で反射され、この反射光４０が対物光学系３１に入射すると、観察像が乱れるため、反射光４０が対物光学系３１に入射することを防止する必要がある。
【０００５】
図２は反射光の入射を防止するための対物光学系（図３１における対物光学系３１に相当する。）の構成を示す。この対物光学系は、複合レンズからなる対物レンズ第１群５１と、赤外線吸収ガラス（色ガラス）５２と、多層膜フィルター５３を有する対物レンズ第２群５４とを備えている。対物レンズ第１群５１の奥側（右側）には、ＣＣＤ保護用のカバーガラス５０が配置されており、対物レンズ群５１，５４と反対側のカバーガラス５０の面には、図示を省略したＣＣＤが接着される。
【０００６】
前記多層膜フィルター５３としては、例えば、特開平４−１３３００４号公報に記載されるように酸化亜鉛薄膜を形成した上に形成されるか、特開平９−２４３９３５号公報に記載されているようにカットするレーザー光に合わせたフィルターとなっており、これがレンズ面上に多層状に形成されたものが使用される。多層膜フィルター５３を形成していないその他のレンズには、観察する際のゴースト、フレアーを防止する目的から、例えば、特開昭５７−１１２７０１号公報に記載されているような多層反射防止膜が形成される。
【０００７】
この多層反射防止膜は、基板側から空気側に向けて低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層し、最表層を低屈折率材料とする５層程度で構成されることにより可視光の反射を防止するようになっている。この場合、可視域のほぼ中心波長５２０ｎｍをλとしたとき、基板側から１〜３層のトータル膜厚が１．６５換算でλ／４の光学的膜厚、４層目が入／２、５層目がλ／４の光学的膜厚となるように構成される。なお、１〜３層では、トータル膜厚が中間屈折率１．６５換算でλ／４の光学的膜厚となるように等価近似膜法によって高屈折率材料と低屈折率材料との膜厚を決定するようになっている。
【０００８】
レーザー光治療に用いられるレーザーとしては、例えばＹＡＧレーザーや半導体レーザーが用いられているが、近年では、徐々にＹＡＧレーザーより安価な半導体レーザーへと移行している。このような内視鏡における対物光学系も治療の自由度を上げ、医者や患者の負担を軽減するため、内視鎖先端の硬性部の短縮が望まれている。同時に、近年のレーザーの照射パワーの向上に伴い、対物光学系による治療用レーザー光のカット効率向上も望まれている。これに対し、硬性部短縮のためには、赤外線吸収機能を有しているガラス（赤外線吸収ガラス５２）の板厚を薄くする必要がある反面、レーザーカット率を向上させるためには治療で用いられるレーザー光をカットする干渉フィルターの枚数を増やす必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
レーザー光をカットする上述した干渉フィルターは、多層膜で構成されており、その１面を成膜するのに数時間を要し、生産効率が悪いものとなっている。また、光学特性上の歩留まりにおいても、数層で構成される反射防止膜等に比べて悪いものとなっている。これらにより、レーザーをカットする目的で干渉フィルターの多層膜の面数を増やすことは、生産性が低下して得策とはならない。また、赤外線吸収ガラスの板厚を薄くする場合には、赤外線のカット率を劣化させることになる。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、干渉フィルターの枚数を増やすことなく赤外線のカット率を向上させると共に、赤外線吸収ガラスの板厚を薄くすることにより、内視鏡先端の硬性部を短くすると共に、観察範囲の自由度を大きくすることができる反射防止膜付きレンズ及びこのレンズを有する内視鏡を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の反射防止膜付きレンズは、光軸に平行した光の入射に対し、波長領域４２０ｎｍ〜６５０ｎｍの反射率ＲｖがＲｖ≦１％であり、波長領域９２０ｎｍ〜１１００ｎｍの反射率Ｒｉｒが４０％≦Ｒｉｒである反射率特性を有する反射防止膜が形成されたレンズであり、前記反射防止膜は、基板側から１層目が中間屈折率材料、２層目が低屈折率材料、３層目が高屈折率材料、４層目が低屈折率材料、５層目が高屈折率材料、６層目である最表層が低屈折率材料からなり、波長λ＝５００ｎｍでの屈折率ｎが、前記中間屈折率材料で１．５５０≦ｎ＜１．９００、前記高屈折率材料で１．９００≦ｎ≦２．３００、前記低屈折率材料で１．３５０≦ｎ≦１．４８０であり、前記第２層目から前記第５層目までの光学的膜厚がλ／２で、前記第６層目の光学的膜厚がλ／４であることを特徴とする。
【００１２】
請求項１の発明によれば、６層で形成した反射防止膜は、４２０〜６５０ｎｍの可視波長領域で１％以下となるように反射を防止し、９２０〜１１００ｎｍの赤外波長領域の反射を高くすることにより、１０６０ｎｍ前後のＹＡＧレーザーの透過光を減少させることができる。従って、対物光学系の内、レンズあるいは平行平板に設けた干渉フィルターのカット効率のみに依存せず、赤外域のカット効率を向上させることができる。
【００１３】
この発明において、反射防止効果が必要な可視域のほぼ中心波長５２０ｎｍをλとしたとき、基板側の２層目以降から空気側最表層が略λ／２、空気側最表層がλ／４となるような光学的膜厚で調整する一方、基板側の１層目は所望の反射防止帯域内で反射率が高くならないように調整して膜厚を決定する。
【００１４】
各屈折率材料としては、波長λ＝５００ｎｍでの屈折率ｎが以下のような範囲にあるものを選択する。
中間屈折率材料：１．５５０≦ｎ＜１．９００
高屈折率材料：１．９００≦ｎ≦２．３００
低屈折率材料：１．３５０≦ｎ≦１．４８０
【００１５】
この範囲にある中間屈折率材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、ＣｅＦ_３、ＭｇＯあるいはこれらの混合物またはＡ１_２Ｏ_３とＬａの混合物を任意に選択することができる、低屈折率材料としては、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、ＬｉＦ、ＣａＦ_２あるいはこれらの混合物を選択することができる。高屈折率材料としては、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５或いはＹ_２Ｏ_３あるいはこれらの混合物を選択することができる。
【００１６】
なお、赤外線反射機能を有する反射防止膜を設けるレンズ（基板）については、特に限定されず、ｄ線における屈折率が１．４６５〜１．９２５の範囲のあらゆる硝材を用いることができ、また、赤外線吸収ガラスを用いても良い。又、反射防止膜の成膜方法は、真空蒸着法、イオンアシスト法、スパッタリング法など特に限定しない。
【００１７】
請求項２の発明の内視鏡は、請求項１記載の反射防止膜付きレンズが対物光学系に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明では、内視鏡における対物光学系先端の硬性部の各レンズに、請求項１記載の反射防止膜を施す。各レンズのガラス硝材は、光学設計から決定され、可視域反射防止膜は各々の硝材に適した膜厚構成が採られる。請求項２記載の発明によれば、干渉フィルターのカット効率に依存することなく、赤外域のカット効率を向上させることができるため、赤外線吸収ガラスの板厚を薄くすることができる。このため、内視鏡先端の硬性部を短くできると共に、観察範囲の自由度を大きくすることができる。なお、各レンズへの反射防止膜の成膜は、真空蒸着法、イオンアシスト法、スパッタリング法などを使用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態により具体的に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における反射防止膜付レンズを用いた対物光学系を図２に示す。図２に示すように、カバーレンズ５０側から対物レンズ第１群５１，赤外線吸収ガラス５２、対物レンズ第２群５４が配置されている。ＣＣＤはカバーレンズ５０における対物レンズと反対側の面に接着される。対物レンズ第１群５１のレンズ面を、カバーレンズ５０側から１面目５１ａ、２面目５１ｂ、赤外線吸収レンズ５２のレンズ面を３面目５２ａ、４面目５２ｂとし、対物レンズ第２群５４のレンズ面を５面目５４ａ、６面目５４ｂ、７面目５４ｃ、８面目５４ｄとする。この実施の形態では、片面が凸面、他面が平面となっている対物レンズ第２群５４のレンズにおける平面側（６面目５４ｃ）には多層膜フィルター５３が設けられている。
【００２１】
赤外線吸収ガラス５２の２面を含めて、多層膜フィルター５３を成膜する面以外の面数は、カバーガラス５０を除き、計７つの面となる。この７つの面に、本実施の形態の反射防止膜Ａを適用する。この反射防止膜Ａは、４２０〜６５０ｎｍの波長域における反射を防止し、１０６０ｎｍ付近の波長域の光の透過を減少させるものである。
【００２２】
反射防止膜の成膜は、図１に示す真空蒸着装置を用いる。真空蒸着装置は、成膜チャンバー１０内の排気系としてロータリーポンプ１１と拡散ポンプ１２を有する。成膜チャンバー１０内には、ＭｇＦ_２からなる成膜材料１３を成膜させる電子銃１５と、材料ルツボ１４ａ，１４ｂ内に充填されたＡｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２の成膜材料を交換して成膜させる電子銃１６が配置されている。材料交換は、材料ルツボ１４ａ、１４ｂの下に配置された真空モーター２２の回転によって行われる。又、成膜チャンバー１０内には、成膜材料１３に対応したシャッター１７及び材料ルツボ１４ａ、１４ｂに対応したシャッター１８が設けられている。
【００２３】
成膜チャンバー１０の上部には、反射式光学膜厚監視計１９が設けられている。この反射式光学膜厚監視計１９は、監視用ガラス２０上の反射率の変化量に基づいて成膜した膜厚を監視する。成膜される基板２１は、成膜面が下向きになるように基板ホルダー２２にセットされ、成膜時に１５ｒｐｍで回転するドーム２３にセットされる。
【００２４】
この実施の形態では、ロータリーポンプ１１および拡散ポンプ１２により成膜チャンバー１０内を真空度２．６×１０^−３ｐａにした後、電子銃１６の電流値を上げた後、シャッター１８を開放してＡｌ_２Ｏ_３からなる成膜材料１４ａを成膜する。そして、反射式膜厚監視計１９の測定によって所定の膜厚に達した時点で、シャッター１８を閉じて成膜材料を遮り、電子銃１６の電流値を下げる。
【００２５】
次に、真空モーター２２を回転させ、ＺｒＯ_２からなる成膜材料１４ｂを所定の位置にセットし、電子銃１６の電流値を上げた後、シャッター１８を開放して成膜する。この成膜においても、反射式膜厚監視計１９の測定によって所定の膜厚に達した時点で、シャッター１８を閉じて成膜材料を遮り、電子銃１６の電流値を下げる。
【００２６】
次に、電子銃１５の電流値を上げた後、シャッター１７を開放して、ＭｇＦ_２からなる成膜材料１３を成膜する。反射式膜厚監視計１９の測定によって所定の膜厚に達した時点で、シャッター１７を閉じて成膜材料を遮り、電子銃１５の電流値を下げる。以上の操作を交互に繰り返して６層の反射防止膜を基板２１上に形成する。
【００２７】
以上の真空蒸着法によって、この実施の形態の反射防止膜Ａは、基板から１層目がＡ１_２Ｏ_３，２層目以降がＭｇＦ_２／ＺｒＯ_２／ＭｇＦ_２／ＺｒＯ_２／ＭｇＦ_２からなる６層膜となる。この実施の形態の膜構成を表１に示す。表１は各膜の光学的膜厚である。又、同表には、基板の種類及びその屈折率も併記してある。
【００２８】
【表１】

【００２９】
一方、６面目５４ｃには、ＹＡＧレーザーをカットするための多層膜フィルター５３を形成した。この多層膜フィルター５３は、ＳｉＯ_２をＬ、ＴｉＯ_２をＨとしたとき、光学的膜厚（単位ｎｍ）が、基板／２４７Ｈ／（２５１Ｌ／２４７Ｈ）×１５／１２８Ｌ／空気の構成からなる３２層のＹＡＧカット膜となっている。この多層膜フィルター５３の分光透過率特性を図５に示す。この多層膜フィルターは、波長１０６０ｎｍのＹＡＧレーザー光の透過率を０．１％以下にすることができる。
【００３０】
この実施の形態における反射防止膜の垂直入射における分光反射率特性を図１１〜図１４に示す。図１１（ａ）、（ｂ）は赤外線吸収ガラス５２の両面である３面目５２ａ及び５２ｂの分光反射率特性であり、図１２（ａ）、（ｂ）は２面目５１ｂの分光反射率特性、図１３（ａ）、（ｂ）は５面目５４ａ、７面目５４ｃ、８面目５４ｄの分光反射率特性、図１４（ａ）（ｂ）は１面目５１ａの分光反射率特性である。これらの各図において、（ａ）は可視域及び赤外域の反射率を示し、（ｂ）は（ａ）で測定した測定レンジを小さくすることにより可視域部分の反射率を拡大して示すものである。以下、後述する図１５〜図２９までの（ａ）と（ｂ）は、これと同様の関係で示すものである。
【００３１】
図６は光学系の分光透過率特性を示す。この分光反射率の測定に際しては、反射防止膜だけの比較を行うため、赤外吸収ガラス５２をＢＳＬ７に代えると共に、多層膜フィルター５３及び反射防止膜を面５４ａに形成したレンズは除き、その他を上記基板と同硝材の平板に成膜し、計６面に反射防止膜Ａを成膜した基板トータルの垂直入射における分光透過率を測定したものである。なお、測定に際し、分光反射率はオリンパス光学工業（株）製のレンズ反射率測定器ＵＳＰＭ−ＲＵを、分光透過率は（株）日立製作所製の自記分光光度計Ｕ−４０００をそれぞれ使用した。
【００３２】
各面の反射率はそれぞれ、４２０〜６５０ｎｍの波長域で０．９６％以下、９２０〜１１００ｎｍで５２％以上を示している。また、６面を透過した光の分光透過率は、４２０〜６５０ｎｍで９１％以上、９２０〜１１００ｎｍで１３．５％以下を示している。これにより可視域の特性を損なうことなく、赤外域の透過率をＹＡＧカットコートのみの場合よりも、さらに８６．５％低下させることができる。
【００３３】
この実施の形態では、赤外吸収ガラス５２の厚みが０．４ｍｍで必要十分のカット率が得られ、後述する比較例１の厚み１．４ｍｍに対し１．０ｍｍの対物光学系の短縮ができた。
【００３４】
このような実施の形態の反射防止膜は、ｄ線における屈折率が１．４６５〜１．９２５のガラス硝材を用いることができる。また、基板に赤外線吸収ガラスを用いても問題はない。すなわち、１面目５１ａに用いた膜は屈折率１．７５以上の基板、２面目５１ｂ，５面目５４ａ，７面目５４ｃ，８面目５４ｄに用いた膜は屈折率１．６０以上１．７５未満の基板、３面目５２ａ，４面目５２ｂに用いた膜は屈折率１．６０未満の基板にそれぞれ用いることができる。
【００３５】
なお、反射防止膜の成膜方法は、真空蒸着法に限られるものではなく、イオンアシスト法やスパッタリング法を用いても良い。
【００３６】
膜材料としては、λ＝５００ｎｍでの屈折率が、
中間屈折率材料：１．５５０≦ｎ＜１．９００
高屈折率材料：１．９００≦ｎ≦２．３００
低屈折率材料：１．３５０≦ｎ≦１．４８０
の範囲内であれば、問題ない。
【００３７】
また、低屈折率材料として用いたＭｇＦ_２、中間屈折率材料として用いたＡ１_２Ｏ_３、高屈折率率材料として用いたＺｒＯ_２の代わりに、他の材料、例えば、低屈折率材料ではＳｉＯ_２、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、ＬｉＦ、ＣａＦ_２またはＭｇＦ_２及びこれらの混合物、中間屈折率材料ではＡ１_２Ｏ_３、ＷＯ_３、ＣｅＦ_３、ＭｇＯあるいはＺｒＯ_２及びこれらの混合物、又はＡ１_２Ｏ_３とＬａの混合物、高屈折率材料ではＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｙ_２Ｏ_３、ＷＯ_３またはＺｒＯ_２及びこれらの混合物などを用いることができる。
【００３８】
表２は、この実施の形態の反射防止膜の作成を１０回線り返した場合の光学的膜厚のバラツキを示す。バッチ間のバラツキが表２の光学的膜厚の範囲内であれば、波長領域４２０ｎｍ〜６５０ｎｍの反射率Ｒ_ｖがＲ_ｖ≦１％、９２０ｎｍ〜１１００ｎｍの反射率Ｒ_ｉｒが４０％≦１Ｒ_ｉｒを満たすことができる。これにより、生産上問題のない反射防止膜とすることができる。
【００３９】
【表２】

【００４０】
（比較例１）
この比較例では、図２に示す実施の形態１と同様の対物光学系に対し、ＹＡＧレーザーカット用の多層膜フィルター５３を形成した以外の７面に通常の可視域の反射防止膜を成膜した。この比較例の反射防止膜の膜構成を表３に光学的膜厚で示す。
【００４１】
【表３】

【００４２】
この比較例の反射防止膜の垂直入射における分光反射率特性を図１５〜図１８に示す。図１５（ａ）、（ｂ）は赤外線吸収ガラス５２の両面である３面目５２ａ及び５２ｂの分光反射率特性であり、図１６（ａ）、（ｂ）は２面目５１ｂの分光反射率特性、図１７（ａ）、（ｂ）は５面目５４ａ、７面目５４ｃ、８面目５４ｄの分光反射率特性、図１８（ａ）、（ｂ）は１面目５１ａの分光反射率特性である。
【００４３】
この比較例における反射率は４２０〜６５０ｎｍにおいて０．３０％以下であり、９２０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長域においては、９２０が最小で１１００ｎｍが最大となる緩やかなカーブとなっており、最大反射率は１２．５％以下となっている。
【００４４】
図７は、実施の形態１と同様に、多層膜フィルター５３を設けたレンズを除外し、赤外線吸収レンズ５２をＢＳＬ７に変更し、その他を上記基板と同硝材の平板に成膜することにより、計６面に成膜した際の垂直入射における分光透過率特性を示す。透過率は波長域４２０〜６５０ｎｍにおいて９８％以上、波長１０６０ｎｍにおいて５５％、波長域９２０〜１１００ｎｍでは、９２０ｎｍが最大で１１００ｎｍが最小となる緩やかな減少カーブとなっており、最小透過率は５３％となっている。この比較例では、ＹＡＧレーザーの波長域において透過率を５５％も有するため、カット率に大きく貢献することもなく、ＹＡＧレーザーの波長域において所望のカット率を得るためには赤外線吸収フィルターの厚さを１．４ｍｍとする必要があった。
【００４５】
（比較例２）
この比較例では、比較例１における光学系を用いて、ＹＡＧレーザーカット用の多層膜フィルター５３を成膜した面以外の７面について、可視域の反射防止膜を比較例１と同様に成膜した。従って、反射防止膜は上述した表３と同様となっており、垂直入射における分光反射率特性も図１５〜図１８となる。
【００４６】
一方、多層膜フィルター５３に変えて、ＳｉＯ_２をＬ、ＴｉＯ_２をＨとしたとき、光学的膜厚（単位ｎｍ）が、基板／２４５Ｈ／２５６Ｌ／２００Ｈ／（２１３Ｌ／２００Ｈ）×１３／２４４Ｌ／２１０Ｌ／２１０Ｈ／１１３Ｌ／空気で構成された３２層の半導体レーザーカット用の多層膜フィルターとした。図８は、この多層膜フィルターの分光透過率特性である。
【００４７】
この比較例では、半導体レーザーカット用の多層膜フィルターを設けたレンズを除外し、赤外線吸収レンズ５３をＢＳＬ７に変え、その他を上記基板と同硝材の平板に成膜し、計６面に成膜した際の垂直入射における分光透過率特性は図７と同様となる。
【００４８】
この比較例の光学系において、その透過率は、波長域４２０〜６５０ｎｍで９８％以上、波長８００ｎｍにおいて８４．１％、波長域７２０〜１１００ｎｍでは、７２０ｎｍが最大で９２０ｎｍが最小となる緩やかな減少カーブとなっており、波長域７２０〜９２０ｎｍの最小透過率が６５．４％（９２０ｎｍ）を示した。従って、半導体レーザーの波長域において、透過率を８４．１％も有するため、カット率に大きく貢献することもない。このため半導体レーザーの波長域で所望のカット率を得るためには赤外線吸収フィルター５２の厚さを１．４ｍｍとする必要がある。
【００４９】
（実施の形態２）
図３は実施の形態２の対物光学系を示す。この実施の形態におけるレンズ構成は、図２に示す構成と基本的には同一であるが、２面目５１ｂ、３面目５２ａ、４面目５２ｂに実施の形態１の反射防止膜Ａを成膜し、１面目５１ａ、５面目５４ａ、７面目５４ｃ反射防止膜Ｂを成膜する。平面の８面目５４ｄには、比較例２の３２層からなる８００ｎｍ付近の半導体レーザーカットコート５５を成膜し、６面目５４ｂには、実施の形態１と同様の３２層からなるＹＡＧカット用の多層膜フィルター５３を成膜する。なお、成膜は、実施の形態１と同様の真空蒸着装置を用いた。
【００５０】
反射防止膜Ａは、実施の形態１と同様の膜材料および膜構成であり、波長域４２０〜６５０ｎｍの光の反射を防止し、１０６０ｎｍ付近の波長域の光の透過を減少させるものである。反射防止膜Ｂは、真空蒸着法により、基板から１層目をＡｌ_２Ｏ_３，２層目以降をＭｇＦ_２／ＺｒＯ_２／ＭｇＦ_２／ＺｒＯ_２／ＭｇＦ_２を合計６層成膜することにより構成する。この反射防止膜Ｂは４２０〜５３０ｎｍの波長域の反射を防止し、８００ｎｍ付近の波長域の光を反射させるものである。表４に以上の反射防止膜Ａ，Ｂの膜厚を示す。
【００５１】
【表４】

【００５２】
反射防止膜Ａの垂直入射における分光反射率特性を図１９及び図２０に、反射防止膜Ｂの分光反射率特性を図２１及び図２２に示す。図１９（ａ），（ｂ）は、赤外線吸収ガラス５２の両面５２ａ、５２ｂ、図２０（ａ），（ｂ）は２面目５１ｂ、図２１（ａ），（ｂ）は５面目５４ａ、７面目５４ｃ、図２２（ａ），（ｂ）は１面目５１ａの分光反射率特性である。
【００５３】
反射防止膜Ａの反射率は、各面でそれぞれ、波長域４２０〜６５０ｎｍで０．９０％以下、波長域９２０〜１１００ｎｍで４７％以上、最大反射率は波長１０１０ｎｍ前後で５２〜５３％を示した。反射防止膿Ｂの反射率は、各面でそれぞれ、波長域４２０〜５３０ｎｍで０．７６％以下、波長域７２０〜９２０ｎｍで４５％以上、最大反射率は波長８００ｎｍ前後で５２〜５７％を示した。
【００５４】
図９はこの実施の形態の分光透過率特性を示す。分光透過率の測定はレンズでは測定が難しく、また反射防止膜のみの比較を行うため、赤外吸収ガラス５２をＢＳＬ７に代え、その他を上記基板と同硝材の平板に成膜しトータルの分光透過率を測定した。ただし、ＹＡＧカット用の多層膜フィルター５３、半導体レーザーカット用の多層膜フィルター５５を施したレンズは同硝材であることから、１枚の平板の両面を用いて成膜し、計６面に成膜した基板の分光透過率とした。
【００５５】
６面を透過した光の透過率は、波長域４２０〜６５０ｎｍで９８％以上、波長８００ｎｍで１７％、波長１０６０ｎｍで１６％、波長域７２０〜１１００ｎｍの最小透過率が１４％（９３１ｎｍ）を示した。この実施の形態の反射防止膜により、半導体レーザーの８００ｎｍ付近及びＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ付近は、それぞれ８３％、８４％カットされる。従って、赤外線吸収ガラスの厚みを０．５ｍｍとすることにより、必要十分のカット率が得られる。一方、波長８００ｎｍ付近において、赤外線吸収ガラスの厚みが０．４ｍｍで必要十分のカット率が得られる。この結果、この実施の形態では、半導体レーザーの波長域、ＹＡＧレーザーの波長域を０．５ｍｍで必要十分のカット率を得ることができる。
【００５６】
この実施の形態では、反射防止膜Ａ及びＢを成膜する基板として、ｄ線における屈折率が１．４６５〜１．９２５の屈折率のガラス硝材を用いることができる。また、基板に赤外線吸収ガラスを用いても良い。すなわち、反射防止膜Ａにおける基板の屈折率に対する膜厚は実施の形態と同様であり、反射防止膜Ｂについては、１面目５１ａに用いる場合、屈折率１．７５以上の基板、５面目５４ａ，７面目５４ｃに用いる場合、屈折率１．６０以上１．７５未満の基板にそれぞれ適用することができる。また、表１１に示した光学的膜厚では、屈折率１．６０未満の基板に用いることができる。
【００５７】
【表５】

【００５８】
表６はこの実施の形態の反射防止膜Ａ及びＢの作成を各々１０回ずつ行った場合の光学的膜厚のバラツキを示す。バッチ間のバラツキが、表６の光学的膜厚の範囲内であれば、反射防止膜Ａは、
波長領域４２０ｎｍ〜６５０ｎｍの反射率Ｒ_ｖがＲ_ｖ≦１％、
波長域９２０ｎｍ〜１１００ｎｍの反射率Ｒ_ｉｒが４０％≦Ｒ_ｉｒを満たし、
反射防止膜Ｂは、波長領域４２０ｎｍ〜５３０ｎｍの反射率Ｒ_ｖがＲ_ｖ≦１％、
波長域７２０ｎｍ〜９２０ｎｍの反射率Ｒ_ｉｒが４０％≦Ｒ_ｉｒを満たすため、生産上問題はない。
【００５９】
【表６】

【００６０】
なお、実施の形態１と同様に、反射防止膜の成膜方法は、真空蒸着法に限られるものではなく、イオンアシスト法やスパッタリング法でも同様の効果が得られる。成膜に際して用いる膜材料としては、
中間屈折率材料：１．５５０≦ｎ＜１．９００
高屈折率材料：１．９００≦ｎ≦２．３００
低屈折率材料：１．３５０≦ｎ≦１．４８０
の範囲内であれば、問題ない。
【００６１】
（実施の形態３）
この実施の形態では、図４に示す実施の形態２の対物光学系において３面目５２ａ、４面目５２ｂの赤外吸収ガラスに設けている反射防止膜Ａに代えて反射防止膜Ｃを設けるものである。反射防止膜Ｃは、実施の形態１と同様の膜構成で、波長域４２０〜６５０ｎｍの光の反射を防止し、波長域１０６０ｎｍ付近の光の透過を減少させるものである。この反射防止膜Ｃは、真空蒸着法により、基板から１層目をＡ１_２Ｏ_３，２層目以降をＴｉＯ_２／ＭｇＦ_２／ＴｉＯ_２／ＭｇＦ_２を合計５層成膜することによって形成する。表７はこの反射防止膜の膜構成を光学的膜厚で示すものである。
【００６２】
【表７】

【００６３】
図２３（ａ），（ｂ）は反射防止膜Ｃの垂直入射における分光反射率特性であり、反射率は波長域４２０〜６５０ｎｍで０．６６％以下、波長域９２０〜１１００ｎｍで５１％以上、最大反射率は５６％（波長１０４０ｎｍ前後）となっている。すなわち、実施の形態２の赤外線吸収ガラス５２に用いた反射防止膜Ａと同等の分光特性となっている。その結果、この実施の形態においても、実施の形態２と同様の効果が得られ、且つ少ない層数で構成することができる。
【００６４】
この実施の形態の反射防止膜Ｃは、基板としてｄ線における屈折率が１．４６５〜１．５８０の屈折率のガラス硝材を用いることができる。
【００６５】
表８は、反射防止膜Cの作成を上記屈折率の範囲の基板を用いて１０回行った場合の光学的膜厚のバラツキを示す。バッチ間のバラツキが、表８の光学的膜厚の範囲内であれば、波長領域４２０ｎｍ〜６５０ｎｍの反射率Ｒ_ｖがＲ_ｖ≦１％、波長域９２０ｎｍ〜１１００ｎｍの反射率Ｒ_ｉｒが４０％≦Ｒ_ｉｒを満たし、生産上の問題はない。
【００６６】
【表８】

【００６７】
この実施の形態の成膜では、真空蒸着法、イオンアシスト法、スパッタリング法などによって行うことができる。成膜に用いる膜材料としては、λ＝５００ｎｍでの屈折率が、中間屈折率材料層：１．５５０≦ｎ＜１．９００高屈折率材料層：１．９００≦ｎ≦２．３００低屈折率材料層：１．３５０≦ｎ≦１．４８０の範囲内であれば、問題ない。
【００６８】
（実施の形態４）
図４は実施の形態４の対物光学系を示す。カバーガラス５０側から赤外線吸収ガラス５６、対物ガラス第１群５９が配列されている。カバーガラス５０側から赤外線吸収レンズ５６の両面をそれぞれ１面目５６ａ、２面目５６ｂ、対物レンズ第１群の各面を３面目５７ａ，４面目５７ｂ、５面目５８ａ、６面目５８ｂとする。この実施の形態では、平面からなる４面目５７ｂに比較例２と同様の３２層からなる半導体レーザー用の多層膜フィルター６０を設けている。従って、多層膜フィルター６０を成膜する以外の面数は、カバーガラス５０を除き、計５つの面となっている。
【００６９】
かかる５つの面に対して、この実施の形態の反射防止膜Ｄを真空蒸着法によって成膜する。反射防止膜Ｄは、波長域４２０〜５３０ｎｍの光の反射を防止し、波長８００ｎｍ付近の光の透過を減少させるものである。この反射防止膜Ｄは、低屈折率材料としてＭｇＦ_２、高屈折率材料としてＺｒＯ_２とＴａ_２Ｏ_５とを重量比で９：１に混合した混合材料を用いた。そして、基板から１層目をＭｇＦ_２、２層目をＺｒＯ_２とＴａ_２Ｏ_５の混合物、３層目以降をＭｇＦ_２／ＺｒＯ_２とＴａ_２Ｏ_５の混合物を交互に積層し、空気側の最表層をＭｇＦ_２の合計５層成膜することによって形成した。表９はこの反射防止膜Ｄの膜構成を光学式膜厚で示すものである。
【００７０】
【表９】

【００７１】
図２４〜図２６はこの実施の形態の反射防止膜Ｄの分光反射率特性を示し、図２４（ａ），（ｂ）は赤外線吸収ガラス５６の両面である１面目５６ａ、２面目５６ｂの、図２５（ａ），（ｂ）は１面目５８ａ、２面目５８ｂの、図２６（ａ），（ｂ）は３面目５７ａの反射率である。反射率は波長域４２０〜５３０ｎｍにおいて０．８７％以下、波長域７２０〜９２０ｎｍにおいて４７％以上、最大反射率は波長域７９０〜８２０ｎｍ前後で５１〜５８％となっている。
【００７２】
図１０は多層膜フィルター６０を設けたレンズを除き、赤外線吸収ガラス５６をＢＳＬ７に代え、その他を上記基板と同硝材の平板に成膜し、計４面に成膜した際の分光透過率特性を示す。４面を透過した光の分光透過率は、波長域４２０〜５３０ｎｍで９７％以上、波長８００ｎｍで１６％、波長域７２０〜９２０ｎｍで１６％の最小透過率（８２４ｎｍ）を示した。従って、この実施の形態の反射防止膜では、半導体レーザーの８００ｎｍ付近において、半導体レーザーカットコートだけの場合よりもさらに８４％低下させることができる。
【００７３】
又、この実施の形態では、半導体レーザーの波長域において、赤外線吸収ガラス５６のレンズの縁の厚さＬを０．３ｍｍとすることにより必要十分のカット率が得られ、後述する比較例３の厚さＬが１．４ｍｍに対し、対物光学系を１．１ｍｍ短縮することが可能となる。
【００７４】
この実施の形態の反射防止膜Ｄでは、基板としてｄ線における屈折率が１．４６５〜１．９２５の屈折率のガラス硝材を用いることが出きる、赤外線吸収ガラスを用いても問題はない。すなわち、３面目５７ａに用いる膜構成では屈折率１．８０以上の基板、１面目５６ａ、２面目５６ｂ，４面目５８ａ，５面目５８ｂに用いる膜構成で屈折率１．８０未満の基板に用いることができる。
【００７５】
表１０は反射防止膜Ｄの作成を１０回繰り返した場合の光学的膿厚のバラツキを表１０に示す。バッチ間のバラツキが、表１０の光学的膜厚の範囲内であれば、
波長域４２０ｎｍ〜５３０ｎｍの反射率Ｒ_ｖがＲ_ｖ≦１％、
波長域７２０ｎｍ〜９２０ｎｍの反射率Ｒ_ｉｒが４０％≦Ｒ_ｉｒを満たし、反射防止膜Ｄは生産上問題がない。
【００７６】
【表１０】

【００７７】
この実施の形態における、反射防止膜の成膜方法は、真空蒸着法に限られるものではなく、イオンアシスト法やスパッタリング法などでも同様の効果が得られる。成膜に用いる膜材料としては、λ＝５００ｎｍでの屈折率が、
中間屈折率材料層：１．５５０≦ｎ＜１．９００
高層折率材料層：１．９００≦ｎ≦２．３００
低屈折率材料層：１．３５０≦ｎ≦１．４８０の範囲内であれば、何ら問題がない。
【００７８】
（比較例３）
比較例３では、実施の形態４における光学系を用いて、実施の形態４と同様に、半導体レーザーカット用の多層膜フィルター６０を成膜した面以外の５つの面について、可視域の反射防止膜を成膜する。この比較例の反射防止膜は比較例１の膜構成と同様であり、その光学的膜厚を表１１に示す。
【００７９】
【表１１】

【００８０】
図２７〜図２９はこの比較例の反射防止膜の分光反射率特性を示し、図２７（ａ），（ｂ）は赤外線吸収ガラス５６の両面である１面目５６ａ、２面目５６ｂの、図２８（ａ），（ｂ）は１面目５８ａ、２面目５８ｂの、図２９（ａ），（ｂ）は３面目５７ａの反射率である。反射率は波長域４２０〜５３０ｎｍにおいて０．５０％以下、７２０ｎｍ〜９２０ｎｍの波長域においては、波長７２０ｎｍが最小で９２０ｎｍが最大となる緩やかなカーブとなっており、最大反射率は９．７％以下となっている。
【００８１】
図３０は、多層膜フィルター６０を設けたレンズを除き、赤外線吸収ガラス５６をＢＳＬ７に代え、その他を上記基板と同硝材の平板に成膜し、計４面に成膜した際の分光透過率特性を示す。４面を透過した光の分光透過率は、波長域４２０〜５３０ｎｍで９７％以上、波長８００ｎｍにおいて８２．９％、波長域７２０〜７２０ｎｍの内、波長７２０ｎｍが最大で、波長９２０ｎｍが最小となる緩やかな減少カーブとなっており、最小透過率が７０．３％となっている。このようにＹＡＧレーザーの波長域において透過率を７０．３％も有するため、カット率に大きく貢献することもなく、半導体レーザーの波長域で所望のカット率を得るためには、赤外線吸収ガラス５６のレンズの縁の厚さＬが１．４ｍｍ必要となっている。
【００８２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ＹＡＧレーザーの透過光を減少させることができ、対物光学系の内、レンズあるいは平行平板に設けた干渉フィルターのカット効率のみに依存せずに赤外域のカット効率を向上させることができる。
【００８３】
請求項２の発明によれば、干渉フィルターのカット効率に依存することなく、赤外域のカット効率を向上させることができるため、赤外線吸収ガラスの板厚を薄くすることができ、内視鏡先端の硬性部を短くできると共に、観察範囲の自由度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成膜に用いる真空蒸着装置の断面図である。
【図２】実施の形態１の対物光学系の側面図である。
【図３】実施の形態２及び３の対物光学系の側面図である。
【図４】実施の形態４の対物光学系の側面図である。
【図５】ＹＡＧレーザーカット用の多層膜フィルターの分光透過率の特性図である。
【図６】実施の形態１の分光透過率の特性図である。
【図７】比較例１の分光透過率の特性図である。
【図８】半導体レーザーカット用の多層膜フィルターの分光透過率の特性図である。
【図９】実施の形態２の分光透過率の特性図である。
【図１０】実施の形態４の分光透過率の特性図である。
【図１１】実施の形態１の赤外線吸収ガラスに形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図１２】実施の形態１の２面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図１３】実施の形態１の５，７，８面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図１４】実施の形態１の１面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図１５】比較例１の赤外線吸収ガラスに形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図１６】比較例１の２面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図１７】比較例１の５，７，８面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図１８】比較例１の１面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図１９】実施の形態２の赤外線吸収ガラスに形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図２０】実施の形態２の２面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図２１】実施の形態２の５，７，８面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図２２】実施の形態２の１面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図２３】実施の形態３の赤外線吸収ガラスに形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図２４】実施の形態４の赤外線吸収ガラスに形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図２５】実施の形態４の５，６面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図２６】実施の形態４の３面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図２７】比較例３の１、２面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図２８】比較例３の５，６面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図２９】比較例３の３面目に形成した反射防止膜の反射率特性図である。
【図３０】比較例３の分光透過率特性図である。
【図３１】内視鏡を示す断面図である。

Claims

光軸に平行した光の入射に対し、波長領域４２０ｎｍ〜６５０ｎｍの反射率ＲｖがＲｖ≦１％であり、波長領域９２０ｎｍ〜１１００ｎｍの反射率Ｒｉｒが４０％≦Ｒｉｒである反射率特性を有する反射防止膜が形成されたレンズであり、
前記反射防止膜は、基板側から１層目が中間屈折率材料、２層目が低屈折率材料、３層目が高屈折率材料、４層目が低屈折率材料、５層目が高屈折率材料、６層目である最表層が低屈折率材料からなり、
波長λ＝５００ｎｍでの屈折率ｎが、前記中間屈折率材料で１．５５０≦ｎ＜１．９００、前記高屈折率材料で１．９００≦ｎ≦２．３００、前記低屈折率材料で１．３５０≦ｎ≦１．４８０であり、
前記第２層目から前記第５層目までの光学的膜厚がλ／２で、前記第６層目の光学的膜厚がλ／４であることを特徴とする反射防止膜付きレンズ。
請求項１記載の反射防止膜付きレンズが対物光学系に配置されていることを特徴とする内視鏡。