(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
稜線部が網目状に連続する凸部と、前記凸部に囲まれた複数の凹部とを含み、前記稜線部の少なくとも一部が、当該稜線部が交差する稜線交点部よりも前記凹部の深さ方向に深く形成され、隣り合う二つの前記稜線交点部を結ぶ方向に隣り合う二つの前記凹部の中心部の距離の最大値が、可視光波長よりも小さい微細凹凸構造を少なくとも一部に有し、
前記微細凹凸構造は、前記複数の凹部の位置がランダムになるように形成されている、
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子において、
前記凹部の最も深い凹部最深部が、前記稜線部の最も深い稜線部最深部よりも深く形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学素子において、
前記微細凹凸構造は前記凹部の形状および大きさの少なくとも一方がランダムになるように形成されていることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光学素子の光学面では入射光に対して数％程度の反射光が発生しており、透過率を向上させたり、反射光に起因する光ノイズを低減する等の目的で反射防止構造を設けることが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、平面上に所定のピッチで孤立して配列された微細な凹凸パターンを光透過性のプラスチック等にスタンパで転写して反射防止膜を形成し、反射防止効果を発現させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４３２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、反射防止効果を効果的に得るためには、光が入射する最表面部の平坦部を極力減らし鋭利な形状とすることが必要であるが、特許文献１のように、平面上に離散的に孤立して形成された凹凸パターンの転写成形等で作製された反射防止膜においては凹凸パターンの間に平坦部が形成されるため、光が入射する最表面部を鋭利な形状にすることが難しく、平坦部の占める割合が多くなり反射防止効果が減少する、という技術的課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、光学素子の最表面の平坦部を減らして、反射防止性能等の光学性能を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、稜線部が網目状に連続する凸部と、前記凸部に囲まれた複数の凹部とを含み、前記稜線部の少なくとも一部が、当該稜線部が交差する稜線交点部よりも前記凹部の深さ方向に深く形成されている微細凹凸構造を少なくとも一部に有する光学素子を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光学素子の最表面の平坦部を減らして、反射防止性能等の光学性能を向上させることが可能な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態である光学素子の一部を拡大して示す平面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である光学素子の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である光学素子の一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施の形態である光学素子に形成される微細凹凸構造の形成途中の状態を拡大して示す略断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態である光学素子の構成例を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態である光学素子の別の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施の形態では、一態様として、光学素子の表面に、網目状に連続的に形成されている微細凹凸構造において、凹部を取り囲む稜線部を構成する凸部の稜線交点部を、当該稜線交点部間の稜線部よりも高く形成させる。換言すれば、稜線交点部の間の稜線部の高さを稜線交点部よりも低くする。
【００１１】
これにより、光が入射する最表面部の平坦部を減らすことができ、反射防止効果をより効率的に得ることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
なお、以下の本実施の形態の説明では、各図において、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向は図示の通りとする。
【００１２】
図１は、本発明の一実施の形態である光学素子の一部を拡大して示す平面図である。
図２は、本発明の一実施の形態である光学素子の一部を拡大して示す断面図である。
図３は、本発明の一実施の形態である光学素子の一部を拡大して示す斜視図である。
図４は、本発明の一実施の形態である光学素子に形成される微細凹凸構造の形成途中の状態を拡大して示す略断面図である。
【００１３】
なお、図２では、図１における線Ａ−Ａ’および線Ｂ−Ｂ’の部分の断面を、凹部最深部を基準にした状態で左右に並べて図示されている。
また、図２の左側では線Ａ−Ａ’の断面部分のみを図示し、右側の線Ｂ−Ｂ’の断面図では、奥側の稜線部の輪郭も図示している。
また、図３は、網目状に連続する稜線部の凹凸形状のＺ方向の高さ分布を示すワイヤーフレームモデルが例示されている。
図１および図２に例示されるように、本実施の形態の光学素子Ｋは、光学機能面等の表面の少なくとも一部に、微細凹凸構造１０が形成されている。
【００１４】
本実施の形態の微細凹凸構造１０は、凸頂部１２を連ねた稜線部１３に沿って網目状に連続する凸部１１に取り囲まれるように複数の凹部１５が配列された構成となっている。
【００１５】
例えば、微細凹凸構造１０が配置形成される光学素子Ｋの光学面が平面の場合には、当該光学面に平行なＸ−Ｙ平面が凹部１５の配列面であり、凹部１５の深さ方向（すなわち光学面の法線方向）がＺ方向である。
また、光学素子Ｋの光学面が曲面の場合は、Ｘ−Ｙ平面は接平面であり、Ｚ方向は光学面の法線方向である。
【００１６】
本実施の形態の微細凹凸構造１０の場合、凸部１１の稜線部１３から分かれる稜曲面１４（すなわち凹部１５の内周面１７）は、外側、すなわち凹部１５の側に凸となっており、凸部１１の断面の幅寸法が凹部１５の深さ方向に曲線的に増加している。
すなわち、連続した凸部１１に囲まれた凹部１５の断面形状は、例えば、凹部最深部１６に向かって先細りの略すり鉢形を呈している。
【００１７】
このように、本実施の形態の微細凹凸構造１０は、単に配列面であるＸ−Ｙ平面に穴を離散的に配列形成した構造とは全く異なり、隣り合う凹部１５と凹部１５の境界部にはＸ−Ｙ平面に平行な平坦部はほとんど存在せず、凸部１１の凸頂部１２を連ねて網目状に連続する稜線部１３を境に隣り合う凹部１５の内部に落ち込む稜曲面１４が存在するだけである。そして、この凸部１１の稜曲面１４が、同時に凹部１５の内周面１７となる構造である。
【００１８】
そして、本実施の形態の場合、この凸部１１の稜線部１３の少なくとも一部が稜線交点１３ａ（稜線交点部）よりも凹部１５の深さ方向に深くなるように形成されている。
すなわち、稜線交点１３ａから凹部最深部１６までの高さｈ０よりも、稜線部最深部１３ｂから凹部最深部１６までの高さｈ１のほうが低い。
換言すれば、凸部１１の稜線部１３における稜線部最深部１３ｂの形成位置は、凹部１５の凹部最深部１６よりも浅い場所にある。
【００１９】
このように、本実施の形態の場合には、図３に例示されるように、凸頂部１２の稜線部１３は長さ方向にも平坦ではなく、任意の二つの稜線交点１３ａの間の領域は、最も高く鋭利に突出した稜線交点１３ａ（高さｈ０）から稜線部最深部１３ｂ（高さｈ１）に向かって下るように傾斜する形状の略鞍形面を呈している。
【００２０】
そして、微細凹凸構造１０が配置される光学面が平面の場合には、微細凹凸構造１０の最も高い位置にある稜線交点１３ａの包絡面が平面となり、光学面が曲面の場合には、微細凹凸構造１０の稜線交点１３ａの包絡面が当該曲面となる。
【００２１】
凹部１５の中心（本実施の形態での正確な定義は後述する）を通り、Ｚ方向に平行な線が、凹部１５の中心線１５ｃである。
【００２２】
そして、本実施の形態の微細凹凸構造１０による反射防止を実現する対象が、例えば可視光線（波長λ＝３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の場合には、隣り合う任意の二つの稜線交点１３ａを結ぶ線分の両端に位置する凹部１５の中心線１５ｃの距離Ｌ１（図１の例では、凹部１５−１と凹部１５−２の距離Ｌ１）の最大値Ｌｍａｘは、Ｌｍａｘ＜λに設定される。
【００２３】
また、稜線部１３（稜線部最深部１３ｂ）を挟んで隣り合う二つの凹部１５（図１の例では、凹部１５−３と凹部１５−４）の中心線１５ｃの距離Ｌ２は、距離Ｌ１よりも小さい（Ｌ２＜Ｌ１）。
ここで、図１を参照して、本実施の形態の微細凹凸構造１０における各部の寸法やばらつきを評価する方法の一例を説明する。
【００２４】
上述の図１の例では、個々の凹部１５のＸ−Ｙ平面に平行な平面での断面形状は略円形の場合が例示されているが、例えば、楕円形、繭形、勾玉形等の任意の閉曲線の図形でもよい。
【００２５】
また、図１では、図示の便宜上、凹部１５の輪郭を円形の実線で例示しているが、実際は、周囲の凸部１１の稜線部１３から凹部最深部１６まで連続する曲面としての内周面１７（稜曲面１４）によって凹部１５は形成されている。
【００２６】
この本実施の形態では、一例として、図１に例示されるように、任意の形状の凹部１５の中心は、当該凹部１５を取り囲む凸部１１の稜線部１３が交差するすべての稜線交点１３ａを頂点とする多角形１５ａの重心１５ｂと定義する。
そして、中心線１５ｃは、この重心１５ｂを通りＺ方向に平行な線分である。
【００２７】
従って、上述の距離Ｌ１や距離Ｌ２は、関係する凹部１５を特徴付ける図形の重心１５ｂの間の距離である。
【００２８】
本実施の形態の微細凹凸構造１０では、必要に応じて凹部１５のサイズや形状（この場合、多角形１５ａの大きさや形状、さらには凹部１５の位置関係、等）にばらつきを持たせて、微細凹凸構造１０がむらなく配置されるようにすることができる。
【００２９】
なお、多様なサイズの凹部１５のＸ−Ｙ面内の配列は、稠密な俵積み配列等を用いることができる。
また、微細凹凸構造１０における凹部１５のサイズや形状、配列位置関係等のばらつきを評価する指標として、本実施の形態では、一例として、上述の多角形１５ａの稜線交点間距離１５ｄのばらつきを用いることができる。
【００３０】
次に、本実施の形態の微細凹凸構造１０の形成方法の一例を説明する。
まず、微細凹凸構造１０を形成すべき光学素子Ｋの光学面を、凹部１５の配置位置が選択的に開口したマスクパターンで覆う。
【００３１】
その後、等方性のエッチングで光学面をエッチングし、所望の深さの凹部１５を形成する。このとき、等方性のエッチングにより、マスクパターンの下部側にも幅方向に浸食が進行し、凹部１５の間のマスクパターンの直下には釣り鐘形の断面形状の凸頂部１２を有する凸部１１が形成される。
【００３２】
この途中の状態が、図４であり、凹部１５を取り囲む凸部１１（稜線部１３）の凹部最深部１６からの高さ（すなわち凹部１５の深さ）は、稜線部１３の全体でほぼ均等に高さｈ０となっている。なお、図４は、図２と同一の部位の断面を示している。
【００３３】
本実施の形態の場合、図４の状態から、稜線交点１３ａの間に上述の図２のように稜線部最深部１３ｂが形成されるまで、さらにエッチングを行う。
【００３４】
すなわち、凹部１５を取り囲む凸部１１の厚さは、隣り合う稜線交点１３ａの中間部で最も薄くなっている。従って、この稜線交点１３ａの中間部でエッチングによる凸頂部１２（稜線部１３）の高さ減少が最も速く進行し、稜線交点１３ａの間の稜線部１３が略鞍形面を呈するように浸食されて上述の図２に例示されるような高さｈ１（＜高さｈ０）稜線部最深部１３ｂが形成されることになる。
【００３５】
なお、任意の光学素子Ｋに対する微細凹凸構造１０の形成方法としては、上述のエッチング等を直接的に光学素子Ｋの光学面に実施することで形成してもよいが、微細凹凸構造１０と凹凸形状が反転した成形型を準備し、この成形型から光学素子Ｋに対して微細凹凸構造１０を転写して形成することもできる。
【００３６】
このように、本実施の形態の光学素子Ｋでは、凹部１５を取り囲む凸頂部１２の稜線部１３において、稜線交点１３ａの間に、凹部最深部１６から稜線交点１３ａまでの高さｈ０よりも低い高さｈ１を有する稜線部最深部１３ｂが形成されているため、稜線部１３は長さ方向に平坦ではない。
【００３７】
このため、微細凹凸構造１０における光の反射防止効果が一層向上する。
また、隣り合う凹部の中心部の距離Ｌ１の最大値は可視光の波長λよりも小さくするとともに、凹部１５の形状および大きさの少なくとも一方がランダムに形成されていることにより、可視光に対する大きな反射防止効果を実現できる。
【００３８】
以上により、光学素子Ｋの微細凹凸構造１０において、光が入射する最表面部の平坦部を減らすことが可能となり、可視光波長等に対して反射防止効果を効率的に得ることが可能となる。
【００３９】
すなわち、表面に微細凹凸構造１０を形成させた光学素子Ｋにおいて、光学素子Ｋの最表面の平坦部を減らすことができ、反射防止性能等の光学性能を向上させることが可能となる。
【００４０】
図５は、本発明の一実施の形態である光学素子の構成例を示す斜視図である。
図５には、上述の微細凹凸構造１０を備えた光学素子Ｋ１の一例としてプリズム１１０の場合が例示されている。
このプリズム１１０は、三角柱の三つの側面の各々に、反射コート形成面１１１、入射面１１２、出射面１１３が配置されている。
反射コート形成面１１１は、例えば、アルミニウム被覆層からなる反射面である。
【００４１】
そして、光１２０の光路１２１に例示されるように、入射面１１２から入射した光１２０は、反射コート形成面１１１で反射され、出射面１１３から出射する。
入射面１１２および出射面１１３の各々の表面には、上述の微細凹凸構造１０が形成されている。
【００４２】
この場合、入射面１１２および出射面１１３の各々の平面が上述の微細凹凸構造１０におけるＸ−Ｙ平面であり、法線方向が、Ｚ方向となる位置関係である。
【００４３】
本実施の形態の微細凹凸構造１０を備えた光学素子Ｋ１であるプリズム１１０によれば、入射面１１２および出射面１１３等の表面に形成された微細凹凸構造１０により、高い反射防止効果が実現され、高い光学性能を実現できる。
【００４４】
さらに、微細凹凸構造１０を備えた場合には、凹部１５を取り囲む凸部１１が、その凸頂部１２を連ねた稜線部１３が網目状に連続するように連続的に形成されていることにより、凸部が単独で孤立して形成されている形状に比べて、凸部１１の外力に対する強度が大幅に向上する。
【００４５】
さらに、本実施形態においては、一例として、上述の距離Ｌ１の最大値を可視光の波長λ以下とすることにより、可視光線に対する微細凹凸構造１０の反射防止効果がより顕著に発現される。
【００４６】
図６は、本発明の光学素子の別の構成例を示す斜視図である。
この図６に例示される光学素子Ｋ２は、例えば、第１面として有効径Ｄ０が５．４ｍｍ、曲率半径Ｒ０が３．５ｍｍの球面である凸光学面１３１と、第２面として平光学面１３２を備えた平凸レンズ１３０である。
そして、第１面である凸光学面１３１に、上述の微細凹凸構造１０が形成されている。
【００４７】
なお、必要に応じて、平光学面１３２にも微細凹凸構造１０を形成してよい。
この場合、微細凹凸構造１０が形成される凸光学面１３１が曲面であるため、上述のＺ方向（凹部１５の中心線１５ｃの方向）が、凸光学面１３１の法線方向となるように、当該微細凹凸構造１０が形成される。
【００４８】
この場合、曲面からなる凸光学面１３１の表面全体で均一に、しかも異方性を生じないような反射防止効果が得られるように、凸光学面１３１の設計形状に合わせて、凹部１５のサイズや配列状態が決定することができる。
【００４９】
すなわち、凹部１５等に関する上述の、稜線交点１３ａの高さｈ０、稜線部最深部１３ｂの高さｈ１、さらには、距離Ｌ１、距離Ｌ２や、稜線交点間距離１５ｄの標準偏差等のパラメータが設定される。
【００５０】
この光学素子Ｋ２によれば、表面に微細凹凸構造１０を形成することにより、光が入射する最表面での平坦部による影響を解消して高い反射防止効果を実現できる。
【００５１】
さらに、上述の距離Ｌ１の最大値を可視光の波長λ以下とすることにより、可視光線に対する微細凹凸構造１０の反射防止効果がより顕著に発現される光学素子Ｋ２を提供することができる。
【００５２】
すなわち、光学素子Ｋ２としての平凸レンズ１３０の凸光学面１３１に微細凹凸構造１０が形成されていることにより、可視光波長に対して反射防止効果および高い光の透過率を具備する光学素子Ｋ２を提供することができ、また、入射光を効率よく集光することができる。
【００５３】
このように、微細凹凸構造１０を備えた平凸レンズ１３０は、入射光を効率よく集光できることにより、様々な光学系への適応が可能となる。
【００５４】
なお、光学系において、特に入射側の第１面などの光が入射する位置に本実施の形態の、光学素子Ｋ１や光学素子Ｋ２を配置することにより、光学面内においてより効果的に反射防止効果を得ることができるため、高い反射防止能を有する光学系を構築することが可能となる。
【００５５】
光学素子Ｋ２として、一方が凸光学面１３１で他方が平光学面１３２の平凸レンズ１３０を例示したが、両面とも曲面でも良く、また曲面形状であれば球面、非球面、自由曲面など、どのような曲面であっても構わない。また、微細凹凸構造１０が形成される光学面が凹面の凹レンズでもよい。
また、微細凹凸構造１０の配置形成される深さ方向が光学面の法線方向と例示したが、必要な光学性能に応じて、光学面の法線方向に形成していなくても構わない。
また、連続した凸部に囲まれた凹部の断面形状は、先細りの略すり鉢形と例示したが、シリンダ形状、釣り鐘形状などの形状であってもよい。
【００５６】
さらに、微細凹凸構造１０を備える光学素子Ｋとしては、上述のレンズやプリズム等に限らず、パネル、フィルム、薄膜、鏡筒の壁面、等、光学系のあらゆる構成要素に適用できる。
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５７】
１０  微細凹凸構造
１１  凸部
１２  凸頂部
１３  稜線部
１３ａ  稜線交点
１３ｂ  稜線部最深部
１４  稜曲面
１５  凹部
１５−１  凹部
１５−２  凹部
１５−３  凹部
１５−４  凹部
１５ａ  多角形
１５ｂ  重心
１５ｃ  中心線
１５ｄ  稜線交点間距離
１６  凹部最深部
１７  内周面
１１０  プリズム
１１１  反射コート形成面
１１２  入射面
１１３  出射面
１２０  光
１２１  光路
１３０  平凸レンズ
１３１  凸光学面
１３２  平光学面
Ｋ  光学素子
Ｋ１  光学素子
Ｋ２  光学素子
ｈ０  凹部最深部１６から稜線交点１３ａまでの高さ
ｈ１  凹部最深部１６から稜線部最深部１３ｂまでの高さ
【図１】
0005519386.tif 000002
【図２】
0005519386.tif 000003
【図３】
0005519386.tif 000004
【図４】
0005519386.tif 000005
【図５】
0005519386.tif 000006
【図６】
0005519386.tif 000007