(57)【要約】【課題】  入射する光をより有効に利用することができる光学素子、該光学素子を含む液晶デバイス、及び該液晶デバイスを含む液晶プロジェクターを提供する。【解決手段】  基板並びに基板と直接接合する接合面及び接合面と異なる光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、光学面には、反射防止膜が設けられている。基板及び光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、光学構成部品に設けられた反射防止膜をさらに含み、反射防止膜は、基板と直接接合する接合面を有する。  第一の屈折面を有する光学構成要素を含む光学素子において、光学構成要素は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面をさらに含み、第一の屈折面は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面の屈折力の符号と反対の符号の屈折力を有する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板並びに前記基板と直接接合する接合面及び前記接合面と異なる光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、
前記光学面には、反射防止膜が設けられていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記基板及び前記光学構成部品は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、
前記直接接合は、ガラス直接接合であ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】
前記接合面は、実質的に平面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記光学構成部品は、前記接合面と異なる前記基板と接合する面をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記基板及び前記反射防止膜の間における空間は、真空であるか、又は空気からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記光学構成部品は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される光学構成要素を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
基板及び光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、
前記光学構成部品に設けられた反射防止膜をさらに含み、
前記反射防止膜は、前記基板と直接接合する接合面を有することを特徴とする光学素子。
【請求項８】
前記基板及び前記反射防止膜は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、
前記直接接合は、ガラス直接接合であることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項９】
前記接合面は、実質的に平面であることを特徴とする請求項７又は８に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記反射防止膜は、前記接合面と異なる前記基板と接合する面をさらに含むことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記基板及び前記反射防止膜の間における空間は、真空であるか、又は空気からなることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記光学構成部品は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される光学構成要素を含むことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１３】
第一の屈折面を有する光学構成要素を含む光学素子において、
前記光学構成要素は、前記第一の屈折面に対応する第二の屈折面をさらに含み、
前記第一の屈折面は、前記第一の屈折面に対応する前記第二の屈折面の屈折力の符号と反対の符号の屈折力を有することを特徴とする光学素子。
【請求項１４】
前記第一の屈折面の前記屈折力の絶対値は、前記第二の屈折面の前記屈折力の絶対値と実質的に等しいことを特徴とする請求項１３記載の光学素子。
【請求項１５】
基板をさらに含み、
前記光学構成要素は、前記基板に直接接合する接合面を有することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光学素子。
【請求項１６】
前記基板及び前記光学構成要素は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、
前記直接接合は、ガラス直接接合であることを特徴とする請求項１５に記載の光学素子。
【請求項１７】
前記基板及び前記光学構成要素の間における空間は、真空であるか、又は空気からなることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１８】
前記光学構成要素は、前記基板と接着剤を介して接合されていることを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１９】
前記光学構成要素は、前記第一の屈折面及び前記第二の屈折面と異なる第三の面及び前記第三の面に対応する第四の面をさらに含み、
前記第三の面及び前記第四の面は、実質的に平面であることを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項２０】
前記光学構成要素は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される構成要素を含むことを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項２１】
請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の光学素子及び液晶を含むことを特徴とする液晶デバイス。
【請求項２２】
請求項２１に記載の液晶デバイスを含むことを特徴とする液晶プロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、液晶デバイス、及び液晶プロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶プロジェクターは、光源、液晶を用いてスクリーンへ投射する画像を形成する液晶デバイス、光源から放出された光を液晶デバイスに照射するリレー光学系、液晶デバイスを透過した又は液晶デバイスから反射された、液晶デバイスに形成された画像情報を備えた光をスクリーンへ投射する投射光学系を有する。液晶デバイスは、基板及び基板に形成された、液晶分子を含む液晶相を有し、液晶相に含まれる液晶分子の配向を制御することで、液晶相に所望の画像を形成する。
【０００３】
ここで、液晶プロジェクターによってスクリーンに投射される画像の明るさ及びコントラストを向上させるためには、光源から放出された光を液晶デバイスの液晶相に効率良く照射することが望まれる。このため、液晶デバイスには、例えば、光源からの光を液晶相に集光するための光学素子が設けられる。
【０００４】
図１０は、光源からの光を液晶相に集光するための光学素子を含む従来の液晶デバイスの例を示す側面図である。
【０００５】
図１０に示すように、従来の液晶デバイスは、液晶基板２０２、液晶基板に設けられた液晶相２０４、液晶相２０４に設けられた光学素子用基板１０４、及び光学素子用基板１０４に設けられた光学素子としてのマイクロレンズアレイ１０２を有する。なお、図１０に示すように、従来の液晶デバイスが、光源からの光を透過させる透過型の液晶デバイスである場合には、液晶基板２０２、液晶相２０４、光学素子用基板１０４、及びマイクロレンズアレイ１０２の全てが、光源からの光を透過させることができる。マイクロレンズアレイ１０２は、二次元に均等に配置された複数の同一のマイクロレンズを含む。このマイクロレンズアレイ１０２のマイクロレンズは、光源からの光が入射する側に球面を有し、光学素子用基板１０４側に平面を有している。すなわち、マイクロレンズアレイ１０２のマイクロレンズは、平凸レンズである。一方、液晶相２０４は、複数の液晶分子２０６を含む。また、液晶相２０４には、液晶分子２０６に電圧を印加して、液晶分子２０６の配向を制御するための液晶駆動回路２０８が設けられている。液晶駆動回路２０８は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及びＴＦＴに接続される配線を含む。また、液晶駆動回路２０８は、マイクロレンズアレイ１０２における複数のレンズ間に位置している。
【０００６】
光源からの光は、図１０の実線の矢印で示すように、概略平行光であり、マイクロレンズアレイ１０２に対して概略垂直に入射する。マイクロレンズアレイ１０２のマイクロレンズは、液晶デバイスに入射する光が、液晶相２０４に設けられた液晶駆動回路２０８に当たらないように、光源から放出される平行光を液晶相に集束させるように設計される。よって、平行光として入射した光は、マイクロレンズアレイ１０２の平凸レンズによって収束し、液晶相中で集光し、液晶相から発散光として射出される。このとき、外部の制御器からの信号によって液晶駆動回路２０８を制御し、液晶分子２０６の配向を制御する。液晶分子２０６は、特定の配向で光を透過し、また別の配向で光を吸収するため、液晶分子２０６の配向を制御することによって、液晶デバイスから射出する光に所望の画像情報を付与することができる。液晶デバイスから射出された画像情報が付与された光は、図示してないコリメーターレンズによって再度コリメートされて、平行光として投射レンズに入射する。そして、画像情報が付与された光が、投射レンズによってスクリーンに投射されることになる。
【０００７】
しかしながら、従来の液晶デバイスにおいては、光学素子としてのマイクロレンズアレイ１０２のレンズによって、光源からの光を液晶相の特定部分に集束させるため、マイクロレンズアレイ１０２のマイクロレンズの開口数を増加させると、液晶相の特定部分に集中するエネルギーが増加する。その結果、液晶相の耐久性が十分でない場合には、マイクロレンズアレイ１０２のマイクロレンズによって集束した光によって、液晶相の特定部分に含まれる液晶分子が劣化し、液晶相の寿命が短くなることがある。従って、液晶相の寿命を維持するためには、マイクロレンズアレイ１０２のマイクロレンズの開口数を小さくして、液晶相に集中するエネルギーを最適値よりも減少させることが必要となり、光学素子に入射する光を十分に有効に利用することができない。
【０００８】
また、光源としてのランプからの射出される光は、ランプからの光をコリメートするためのホモジナイザーを介したとしても、完全には平行光ではなく、図１０の破線の矢印で示すように、液晶デバイスにおけるマイクロレンズアレイ１０２に斜めに（例えば、６〜７°以下の入射角で）入射する光も存在する。このような斜めに入射する光が、マイクロレンズアレイ１０２に入射すると、斜めに入射した光の進路は、マイクロレンズアレイ１０２のマイクロレンズによって偏向させられ、隣接する画素を通過する光と混合することもある。このように、マイクロレンズアレイ１０２に斜めに光が入射して、隣接する画素で光の混合が起こると、投射される画像の混色、輝度の不均一性、及びコントラストの低下を引き起こし、所望の画像を得ることができないことがある。特に、光学素子としてのマイクロレンズ１０２におけるマイクロレンズの開口数を増加させて、光源から放出されるより多くの光を液晶相へ集光させようとすると、マイクロレンズアレイ１０２のマイクロレンズに斜めに入射する光が、増加し、隣接するレンズを透過した光と混合する光が増加する。従って、隣接するレンズを透過した光と混合する光を減少させるためには、マイクロレンズアレイ１０２のマイクロレンズの開口数を小さくして、マイクロレンズアレイ１０２のマイクロレンズに斜めに入射する光を減少させることが必要となり、光学素子に入射する光を十分に有効に利用することができない。
【０００９】
さらに、マイクロレンズに斜めに入射した光は、液晶デバイスから斜めに射出されるため、このような斜めに射出された光は、コリメーターレンズによって、十分にコリメートすることができない場合もある。その結果、隣接する画素を通じた光の混合が、スクリーン上で起こり、投射される画像の混色、輝度の不均一性、及びコントラストの低下を引き起こして、所望の画像を得ることができないこともある。すなわち、この場合にも、従来の液晶デバイスに用いられる光学素子は、光学素子に入射する光を十分に有効に利用することができないという問題がある。また、液晶デバイスから斜めに射出された光を、コリメーターレンズで十分にコリメートすることができたとしても、コリメーターレンズの設計が複雑になってしまう。
【００１０】
次に、液晶デバイスにおける光源からの光を液晶相に集光するための光学素子の別の例としては、例えば、特許文献１に開示される液晶デバイス用の光学素子が挙げられる。図１１は、特許文献１に開示される従来の液晶デバイス用の光学素子の例を示す。
【００１１】
図１１に示すように、特許文献１に開示される従来の液晶デバイス用の光学素子は、マイクロレンズアレイ３０２及びカバーガラス３０４を含む。ここで、マイクロレンズアレイ３０２及びカバーガラス３０４は、互いに同一の透明なガラス材料（例えば石英ガラス）で形成されており、マイクロレンズアレイ３０２のマイクロレンズの上部及びカバーガラスの表面は、平面である。そして、マイクロレンズアレイ３０２及びカバーガラス３０４は、マイクロレンズアレイ３０２の上部とカバーガラス３０４の表面を互いに直接接合させることによって、接合されている。このような特許文献１に開示される液晶デバイス用の光学素子においては、マイクロレンズアレイ３０２及びカバーガラス３０４の接合にガラスに比べて低い耐熱性を有する樹脂の接着剤を使用する必要がないため、耐熱性の高い液晶デバイス用の光学素子を得ることができる。ただし、特許文献１には、マイクロレンズアレイ３０２の上部とカバーガラス３０４の表面を接合する直接接合の具体的方法は、開示されていない。また、光源から照射される光は、光学素子を透過して、液晶デバイスに照射されるが、マイクロレンズアレイ３０２のマイクロレンズにおける上部の平面を通過する光は、屈折されず、マイクロレンズの上部の平面の外側における曲面を通過する光は、屈折されて、液晶デバイスに向かって集光される。しかしながら、特許文献１に開示される従来の液晶デバイス用の光学素子を用いた場合にも、光学素子に入射する光の利用は、まだ不十分である。
【特許文献１】国際公開第２００４／０３６２９６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、入射する光をより有効に利用することができる光学素子、該光学素子を含む液晶デバイス、及び該液晶デバイスを含む液晶プロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、基板並びに前記基板と直接接合する接合面及び前記接合面と異なる光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、前記光学面には、反射防止膜が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子において、前記基板及び前記光学構成部品は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、前記直接接合は、ガラス直接接合であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光学素子において、前記接合面は、実質的に平面であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学素子において、  前記光学構成部品は、前記接合面と異なる前記基板と接合する面をさらに含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子において、前記基板及び前記反射防止膜の間における空間は、真空であるか、又は空気からなることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学素子において、前記光学構成部品は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される光学構成要素を含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、基板及び光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、前記光学構成部品に設けられた反射防止膜をさらに含み、前記反射防止膜は、前記基板と直接接合する接合面を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の光学素子において、前記基板及び前記反射防止膜は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、前記直接接合は、ガラス直接接合であることを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の光学素子において、前記接合面は、実質的に平面であることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の光学素子において、前記反射防止膜は、前記接合面と異なる前記基板と接合する面をさらに含むことを特徴とする。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の光学素子において、前記基板及び前記反射防止膜の間における空間は、真空であるか、又は空気からなることを特徴とする。
【００２４】
請求項１２に記載の発明は、請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の光学素子において、前記光学構成部品は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される光学構成要素を含むことを特徴とする。
【００２５】
請求項１３に記載の発明は、第一の屈折面を有する光学構成要素を含む光学素子において、前記光学構成要素は、前記第一の屈折面に対応する第二の屈折面をさらに含み、前記第一の屈折面は、前記第一の屈折面に対応する前記第二の屈折面の屈折力の符号と反対の符号の屈折力を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３記載の光学素子において、前記第一の屈折面の前記屈折力の絶対値は、前記第二の屈折面の前記屈折力の絶対値と実質的に等しいことを特徴とする。
【００２７】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３又は１４に記載の光学素子において、基板をさらに含み、前記光学構成要素は、前記基板に直接接合する接合面を有することを特徴とする。
【００２８】
請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の光学素子において、前記基板及び前記光学構成要素は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、前記直接接合は、ガラス直接接合であることを特徴とする。
【００２９】
請求項１７に記載の発明は、請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載の光学素子において、前記基板及び前記光学構成要素の間における空間は、真空であるか、又は空気からなることを特徴とする。
【００３０】
請求項１８に記載の発明は、請求項１３乃至１７のいずれか一項に記載の光学素子において、前記光学構成要素は、前記基板と接着剤を介して接合されていることを特徴とする。
【００３１】
請求項１９に記載の発明は、請求項１３乃至１８のいずれか一項に記載の光学素子において、前記光学構成要素は、前記第一の屈折面及び前記第二の屈折面と異なる第三の面及び前記第三の面に対応する第四の面をさらに含み、前記第三の面及び前記第四の面は、実質的に平面であることを特徴とする。
【００３２】
請求項２０に記載の発明は、請求項１３乃至１９のいずれか一項に記載の光学素子において、前記光学構成要素は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される構成要素を含むことを特徴とする。
【００３３】
請求項２１に記載の発明は、液晶デバイスにおいて、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の光学素子及び液晶を含むことを特徴とする。
【００３４】
請求項２２に記載の発明は、液晶プロジェクターにおいて、請求項２１に記載の液晶デバイスを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、入射する光をより有効に利用することができる光学素子、該光学素子を含む液晶デバイス、及び該液晶デバイスを含む液晶プロジェクターを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
【００３７】
本発明の第一の態様は、基板並びに基板と直接接合する接合面及び接合面と異なる光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、光学面には、反射防止膜が設けられている光学素子である。
【００３８】
本発明の第一の態様である光学素子においては、光学面には、反射防止膜が設けられているので、光学面による光の反射を低減し、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。特に、光学面による基板への光の反射を低減し、光学構成部品を透過する光の割合を向上させることができる。ここで、反射防止膜は、光学面における光の反射を完全に防止する膜のみならず、光学面における光の反射を部分的に防止する（低減する）膜を含む。このように、本発明の第一の態様によれば、入射する光をより有効に利用することができる光学素子を提供することができる。
【００３９】
また、本発明の第一の態様である光学素子においては、光学構成部品が、基板と直接接合する接合面を有するので、基板及び光学構成部品を、樹脂などの接着剤を用いることなく、直接接合させることができる。このように、比較的大きい熱膨張係数を有する樹脂の接着剤を用いることなく、基板及び光学構成部品を直接接合させるので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、温度変化による光学素子の変形を抑制することができる。また、樹脂の接着剤を用いないため、本発明の第一の態様である光学素子を、長期間使用しても、樹脂の経時的な劣化が起こらず、樹脂の劣化による光学素子の着色（黄変など）がない。すなわち、経時的に安定な光学素子を提供することができる。さらに、接着剤を用いることなく基板及び光学構成部品を直接接合させることによって、光学構成部品を基板に対して高い精度で位置決め、接合、及び固定することができる。
【００４０】
なお、反射防止膜は、単層の膜であっても二層以上の多層の膜であってもよい。
【００４１】
本発明の第一の態様において、好ましくは、基板及び光学構成部品は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、直接接合は、ガラス直接接合である。
【００４２】
ここで、ケイ素酸化物としては、石英、パイレックス（登録商標）ガラス、テンパックス（商品名）ガラス、及びネオセラム（商品名）のような低膨張ガラスなどの光学ガラスが挙げられる。基板及び光学構成部品が、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含む場合には、すなわち、基板及び光学構成部品の両方が、Ｓｉ−Ｏの結合を含む材料で構成される場合には、基板及び光学構成部品を、光学構成部品の接合面を介して互いにガラス直接接合させることができる。
【００４３】
ガラス直接接合の方法としては、タンポ法によって光学構成部品の接合面に１％フッ酸を塗布し、基板及び光学構成部品を、接合面を介して互いに接触させ、基板及び光学構成部品の接合面に約１．０ＭＰａの圧力を加えると共に約６０℃で１時間加熱する方法などが挙げられる。
【００４４】
また、基板及び光学構成部品を、ガラスと比較して大きい熱膨張係数を備えた樹脂の接着剤を用いることなく、ガラス直接接合させるので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、温度変化による光学素子の変形を抑制することができる。さらに、本発明の第一の態様である光学素子は、樹脂と比較して化学的に安定な無機材料で構成されるため、経時的に安定な光学素子を提供することができる。
【００４５】
なお、光学面は、凸若しくは凹の球面、凸若しくは凹の非球面、又は凸若しくは凹のアナモルフィック面であってもよい。
【００４６】
本発明の第一の態様において、好ましくは、接合面は、実質的に平面である。
【００４７】
光学構成部品の接合面及び光学構成部品の接合面と対応する基板の面は、互いに直接接合するために、実質的に同じ形状である。よって、光学構成部品の接合面及び光学構成部品の接合面と対応する基板の面は、例えば、実質的に同一の（球面、非球面などの）曲面であってもよい。しかしながら、光学構成部品の接合面及び光学構成部品の接合面と対応する基板の面が、実質的に平面である場合には、基板などの構成を簡単にすることができる。ここで、「実質的に」とは、直接接合を達成することができる程度を意味する。また、接合面が、実質的に平面である場合には、光学素子に入射して接合面に到達する平行光を、接合面から平行光として射出することができる。一方、光学素子に入射して光学面に到達する平行光は、接合面から収束光又は発散光として射出され得る。
【００４８】
本発明の第一の態様において、好ましくは、光学構成部品は、上記の接合面と異なる、基板と接合する面をさらに含む。
【００４９】
光学構成部品が、上記の接合面と異なる、基板と接合する面をさらに含む場合には、基板及び光学構成部品の接合の強度をさらに高めることができる。また、上記の接合面と異なる、基板と接合する光学構成部品の面を、基板の対応する面と、接着剤を用いて接合させてもよく、ガラス直接接合のように直接接合させてもよい。さらに、上記の接合面と異なる、基板と接合する光学構成部品の面も、上記の接合面と同様に、曲面であってもよいが、実質的に平面であることが好ましい。
【００５０】
本発明の第一の態様において、好ましくは、基板及び反射防止膜の間における空間は、真空であるか、又は空気からなる。
【００５１】
基板及び光学構成部品の光学面に設けられた反射防止膜の間における空間が、真空であるか、又は空気である、すなわち、屈折率が１である媒体で充填される場合には、光学構成部品の材料と真空又は空気の屈折率との差が大きいため、光学構成部品の光学面の設計を容易にすることができる。例えば、光学構成部品が、レンズ（アレイ）である場合には、光学面としてのレンズの面の曲率を小さくすることができる。また、基板及び光学構成部品の光学面に設けられた反射防止膜の間における空間が、空気であると、基板及び反射防止膜の間における空間を通じて、外気を通過させることができるため、光学素子を、熱を発生するデバイスと共に使用する場合には、光学素子に与えられる熱を容易に放出することができ、光学素子の冷却の効率を高めることができる。一方、基板及び光学構成部品の光学面に設けられた反射防止膜の間における空間が、真空であると、高い断熱性を備えた光学素子を提供することができる。
【００５２】
なお、基板及び反射防止膜の間における空間を、真空（又は空気）にするためには、基板及び光学構成部品を真空（又は空気）中で直接接合させる。
【００５３】
本発明の第一の態様において、好ましくは、光学構成部品は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズ（Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｌｅｎｓ）からなる群より選択される光学構成要素を含む。
【００５４】
レンズ（アレイ）は、光学ガラス材料の平行平面板に感光性材料（フォトレジスト）の層を形成し、所望のレンズ（アレイ）用に設計された濃度分布マスク並びに露光、現像、及び硬化処理を含むフォトリソグラフィの工程を用いて、所望のレンズの形態を備えた感光性材料の三次元初期構造体を形成し、感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料に転写することで作製される。なお、濃度分布マスクは、例えば、特開平７−２３０１５９号公報に開示される方法で得ることができる。
【００５５】
ここで、実施的に平面の接合面を有するレンズ（アレイ）としての光学構成部品は、以下のようにして作製される。感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料に転写する際に、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分が、光学ガラス材料に転写される前に、エッチングを停止する。すなわち、感光性材料の三次元初期構造体における光学面に対応する部分のみが、光学ガラス材料に転写され、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分は、光学ガラス材料に転写されずに、光学ガラス材料に残留し、平行平面板の平面の形状が維持される。そして、光学ガラスに転写されずに残留した、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分を、光学ガラス材料から除去する。このようにして、実施的に平面の接合面を有するレンズ（アレイ）としての光学構成部品を得ることができる。
【００５６】
ここで、光学構成部品の接合面に設けられず、光学構成部品の光学面に設けられる反射防止膜は、以下のようにして作製される。光学ガラスに転写されずに残留した、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分を、光学ガラス材料から除去する前に、薄膜形成工程によって、光学ガラス材料の表面の全体に反射防止膜を形成する。すなわち、感光性材料の三次元初期構造体の形態を転写することで形成された光学ガラス材料の光学面及び光学ガラスに転写されずに残留した、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分の上に、反射防止膜が成膜される。次に、反射防止膜が形成された光学ガラス材料を、感光性材料を溶解させることができる溶剤で処理して、光学ガラスに転写されずに残留した、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分及び反射防止膜におけるその接合面に対応する部分を除去する。なお、薄膜形成工程は、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、及び反射防止膜の材料を含む溶液をスピンコートし、その溶液を加熱することによって成膜する方法を含む。このようにして、光学構成部品の接合面に設けられず、光学構成部品の光学面に設けられる反射防止膜を得ることができる。
【００５７】
レンズの大きさについては、レンズ（アレイ）は、マイクロレンズ（アレイ）（レンズの直径＝数μｍ〜数百μｍ）であってもよい。また、レンズの形状については、レンズは、球面レンズ、非球面レンズ、又はアナモルフィックレンズであってもよい。
【００５８】
回折光学素子は、複数の輪帯を有するフレネル光学素子であり、中心の輪帯は、最大のピッチ及び最大の高さを有し、外周の輪帯は、最小のピッチ及び最小の高さを有する。輪帯のピッチ及び高さは、中心から外周へ向かって小さくなる。回折光学素子は、ネオセラムのような低膨張ガラスなどの光学ガラスに、均一な厚さの電子線用感光性材料（レジスト）を塗布し、均一に塗布した電子線用感光性材料をプリベークし、電子線描画装置を使用して回折光学素子の三次元形状を描画し、回折光学素子の三次元形状が描画された電子線用感光性材料をドライエッチングして、光学ガラスに回折光学素子の三次元形状を転写することによって、得られる。なお、実質的に平面の接合面を有する回折光学素子としての光学構成部品及び接合面に設けられず光学面に設けられる反射防止膜は、上述した方法と同様にして作製される。
【００５９】
さらに、ウェーブフロントレンズとは、米国ＣＤＭ  Ｏｐｔｉｃｓ社が提案しているＷａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｃｏｒｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍによって設計され、光学レンズ、イメージセンサー（ＣＣＤ）、及び画像処理ソフトウエアを一体として最適化することによって得られる光学レンズである。なお、ウェーブフロントレンズによってイメージセンサ上に結像された像は、人間が認識できる像である必要はない。Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｃｏｒｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍにおいては、画像処理ソフトウエアにより処理された最終的な像が人間に認識できるようになっていればよい。したがって、この画像処理ソフトウエアは、イメージセンサ専用の像に対する画像処理を行う。このＷａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｃｏｒｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍを用いることにより、良好な明るさ（Ｆナンバー）及び良好な被写界限界深度の両方を達成することができる。また、簡単なレンズ構成で、諸収差を大きく低減することができ、高解像度の像を得ることができる。なお、実質的に平面の接合面を有するウェーブフロントレンズとしての光学構成部品及び接合面に設けられず光学面に設けられる反射防止膜は、上述した方法と同様にして作製される。
【００６０】
なお、基板は、光学構成部品の接合面と接合する平面を有するものであって、例えば、光学構成部品の接合面と接合する平面を有する平行平面板のカバーガラスであってもよい。
【００６１】
本発明の第二の態様は、基板及び光学面を有する光学構成部品を含む光学素子において、光学構成部品に設けられた反射防止膜をさらに含み、反射防止膜は、基板と直接接合する接合面を有する光学素子である。
【００６２】
本発明の第二の態様である光学素子においては、光学面を有する光学構成部品に、反射防止膜が設けられているので、光学面による光の反射を低減し、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。特に、光学面による基板への光の反射を低減し、光学構成部品を透過する光の割合を向上させることができる。ここで、反射防止膜は、光学面における光の反射を完全に防止する膜のみならず、光学面における光の反射を部分的に防止する（低減する）膜を含む。このように、本発明の第二の態様によれば、入射する光をより有効に利用することができる光学素子を提供することができる。
【００６３】
また、本発明の第二の態様である光学素子においては、反射防止膜が、基板と直接接合する接合面を有するので、基板及び反射防止膜を、樹脂などの接着剤を用いることなく、直接接合させることができる。このように、比較的大きい熱膨張係数を有する樹脂の接着剤を用いることなく、基板及び反射防止膜を直接接合させるので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、温度変化による光学素子の変形を抑制することができる。また、樹脂の接着剤を用いないため、本発明の第二の態様である光学素子を、長期間使用しても、樹脂の経時的な劣化が起こらず、樹脂の劣化による光学素子の着色（黄変など）がない。すなわち、経時的に安定な光学素子を提供することができる。さらに、接着剤を用いることなく基板及び反射防止膜を直接接合させることによって、反射防止膜が設けられた光学構成部品を基板に対して高い精度で位置決め、接合、及び固定することができる。
【００６４】
さらに、本発明の第二の態様においては、基板及び反射防止膜が直接接合し、基板及び光学構成部品が直接接合しないので、反射防止膜の材料を、基板と直接接合することが可能な材料から選択すれば、光学構成部品の材料を、基板と直接接合することができる材料に限られず、用途に応じた適当な材料から選択することができる。
【００６５】
本発明の第二の態様において、好ましくは、基板及び反射防止膜は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、直接接合は、ガラス直接接合である。
【００６６】
ここで、ケイ素酸化物としては、石英、パイレックス（登録商標）ガラス、テンパックス（商品名）ガラス、及びネオセラム（商品名）のような低膨張ガラスなどの光学ガラスが挙げられる。基板及び反射防止膜が、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含む場合には、すなわち、基板及び反射防止膜の両方が、Ｓｉ−Ｏの結合を含む材料で構成される場合には、基板及び反射防止膜を、反射防止膜の接合面を介して互いにガラス直接接合させることができる。なお、反射防止膜は、単層の膜であっても二層以上の多層の膜であってもよい。反射防止膜が、二層以上の多層の膜である場合には、反射防止膜の最も基板側にある膜が、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、反射防止膜の最も基板側にある膜の接合面が、その接合面と対応する基板の面とガラス直接接合することが好ましい。
【００６７】
ガラス直接接合の方法としては、タンポ法又はスピンナー法によって反射防止膜の接合面に１％フッ酸を塗布し、基板及び反射防止膜が設けられた光学構成部品を、反射防止膜の接合面を介して互いに接触させ、基板及び光学構成部品の反射防止膜の接合面に約１．０ＭＰａの圧力を加えると共に約６０℃で１時間加熱する方法などが挙げられる。
【００６８】
また、基板及び反射防止膜を、ガラスと比較して大きい熱膨張係数を備えた樹脂の接着剤を用いることなく、ガラス直接接合させるので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、温度変化による光学素子の変形を抑制することができる。さらに、本発明の第二の態様である光学素子は、樹脂と比較して化学的に安定な無機材料で構成されるため、経時的に安定な光学素子を提供することができる。
【００６９】
なお、光学面は、凸若しくは凹の球面、凸若しくは凹の非球面、又は凸若しくは凹のアナモルフィック面であってもよい。
【００７０】
本発明の第二の態様において、好ましくは、接合面は、実質的に平面である。
【００７１】
反射防止膜の接合面及び反射防止膜の接合面と対応する基板の面は、互いに直接接合するために、実質的に同じ形状である。よって、反射防止膜の接合面及び反射防止膜の接合面と対応する基板の面は、例えば、実質的に同一の（球面、非球面などの）曲面であってもよい。しかしながら、反射防止膜の接合面及び反射防止膜の接合面と対応する基板の面が、実質的に平面である場合には、基板などの構成を簡単にすることができる。ここで、「実質的に」とは、直接接合を達成することができる程度を意味する。また、接合面が、実質的に平面である場合には、光学素子に入射して接合面に到達する平行光を、接合面から平行光として射出することができる。一方、光学素子に入射して光学面に到達する平行光は、接合面から収束光又は発散光として射出され得る。
【００７２】
本発明の第二の態様において、好ましくは、反射防止膜は、上記の接合面と異なる、基板と接合する面をさらに含む。
【００７３】
反射防止膜が、上記の接合面と異なる、基板と接合する面をさらに含む場合には、基板及び反射防止膜が設けられた光学構成部品の接合の強度をさらに高めることができる。また、上記の接合面と異なる、基板と接合する反射防止膜の面を、基板の対応する面と、接着剤を用いて接合させてもよく、ガラス直接接合のように直接接合させてもよい。さらに、上記の接合面と異なる、基板と接合する反射防止膜の面も、上記の接合面と同様に、曲面であってもよいが、実質的に平面であることが好ましい。
【００７４】
本発明の第二の態様において、好ましくは、基板及び反射防止膜の間における空間は、真空であるか、又は空気からなる。
【００７５】
基板及び光学構成部品の光学面に設けられた反射防止膜の間における空間が、真空であるか、又は空気である、すなわち、屈折率が１である媒体で充填される場合には、光学構成部品の材料と真空又は空気の屈折率との差が大きいため、光学構成部品の光学面の設計を容易にすることができる。例えば、光学構成部品が、レンズ（アレイ）である場合には、光学面としてのレンズの面の曲率を小さくすることができる。また、基板及び光学構成部品の光学面に設けられた反射防止膜の間における空間が、空気であると、基板及び反射防止膜の間における空間を通じて、外気を通過させることができるため、光学素子を、熱を発生するデバイスと共に使用する場合には、光学素子に与えられる熱を容易に放出することができ、光学素子の冷却の効率を高めることができる。一方、基板及び光学構成部品の光学面に設けられた反射防止膜の間における空間が、真空であると、高い断熱性を備えた光学素子を提供することができる。
【００７６】
なお、基板及び反射防止膜の間における空間を、真空（又は空気）にするためには、基板及び光学構成部品に設けられた反射防止膜を真空（又は空気）中で直接接合させる。
【００７７】
本発明の第二の態様において、好ましくは、光学構成部品は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される光学構成要素を含む。
【００７８】
レンズ（アレイ）は、光学ガラス材料の平行平面板に感光性材料（フォトレジスト）の層を形成し、所望のレンズ（アレイ）用に設計された濃度分布マスク並びに露光、現像、及び硬化処理を含むフォトリソグラフィの工程を用いて、所望のレンズの形態を備えた感光性材料の三次元初期構造体を形成し、感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料に転写することで作製される。なお、濃度分布マスクは、例えば、特開平７−２３０１５９号公報に開示される方法で得ることができる。
【００７９】
ここで、実質的に平面の接合面を有する反射防止膜が設けられたレンズ（アレイ）としての光学構成部品は、以下のようにして作製される。感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料に転写する際に、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分が、光学ガラス材料に転写される前に、エッチングを停止する。すなわち、感光性材料の三次元初期構造体における光学面に対応する部分のみが、光学ガラス材料に転写され、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分は、光学ガラス材料に転写されずに、光学ガラス材料に残留し、平行平面板の平面の形状が維持される。そして、光学ガラスに転写されずに残留した、感光性材料の三次元初期構造体における実質的に平面の接合面に対応する部分を、光学ガラス材料から除去する。これにより、実質的に平面の接合面を有するレンズ（アレイ）としての光学構成部品が作製される。そして、得られた実質的に平面の接合面を有するレンズ（アレイ）としての光学構成部品における反射防止膜が形成される面の全体に、薄膜形成工程によって、反射防止膜を形成する。なお、薄膜形成工程は、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、及び反射防止膜の材料を含む溶液をスピンコートし、その溶液を加熱することによって成膜する方法を含む。このようにして、実質的に平面の接合面を有する反射防止膜が設けられたレンズ（アレイ）としての光学構成部品を得ることができる。
【００８０】
レンズの大きさについては、レンズ（アレイ）は、マイクロレンズ（アレイ）（レンズの直径＝数μｍ〜数百μｍ）であってもよい。また、レンズの形状については、レンズは、球面レンズ、非球面レンズ、又はアナモルフィックレンズであってもよい。
【００８１】
回折光学素子は、複数の輪帯を有するフレネル光学素子であり、中心の輪帯は、最大のピッチ及び最大の高さを有し、外周の輪帯は、最小のピッチ及び最小の高さを有する。輪帯のピッチ及び高さは、中心から外周へ向かって小さくなる。回折光学素子は、ネオセラムのような低膨張ガラスなどの光学ガラスに、均一な厚さの電子線用感光性材料（レジスト）を塗布し、均一に塗布した電子線用感光性材料をプリベークし、電子線描画装置を使用して回折光学素子の三次元形状を描画し、回折光学素子の三次元形状が描画された電子線用感光性材料をドライエッチングして、光学ガラスに回折光学素子の三次元形状を転写することによって、得られる。なお、実質的に平面の接合面を有する回折光学素子としての光学構成部品及び光学構成部品に設けられる反射防止膜は、上述した方法と同様にして作製される。
【００８２】
さらに、ウェーブフロントレンズとは、米国ＣＤＭ  Ｏｐｔｉｃｓ社が提案しているＷａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｃｏｒｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍによって設計され、光学レンズ、イメージセンサー（ＣＣＤ）、及び画像処理ソフトウエアを一体として最適化することによって得られる光学レンズである。なお、ウェーブフロントレンズによってイメージセンサ上に結像された像は、人間が認識できる像である必要はない。Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｃｏｒｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍにおいては、画像処理ソフトウエアにより処理された最終的な像が人間に認識できるようになっていればよい。したがって、この画像処理ソフトウエアは、イメージセンサ専用の像に対する画像処理を行う。このＷａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｃｏｒｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍを用いることにより、良好な明るさ（Ｆナンバー）及び良好な被写界限界深度の両方を達成することができる。また、簡単なレンズ構成で、諸収差を大きく低減することができ、高解像度の像を得ることができる。なお、実質的に平面の接合面を有するウェーブフロントレンズとしての光学構成部品及び光学構成部品に設けられる反射防止膜は、上述した方法と同様にして作製される。
【００８３】
なお、基板は、反射防止膜の接合面と接合する平面を有するものであって、例えば、反射防止膜の接合面と接合する平面を有する平行平面板のカバーガラスであってもよい。
【００８４】
本発明の第三の態様は、第一の屈折面を有する光学構成要素を含む光学素子において、光学構成要素は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面をさらに含み、第一の屈折面は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面の屈折力の符号と反対の符号の屈折力を有する。
【００８５】
本発明の第三の態様においては、光学構成要素は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面をさらに含み、第一の屈折面は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面の屈折力の符号と反対の符号の屈折力を有するので、第一の屈折面によって収束又は発散される光の収束又は発散の程度を、第二の屈折面によって低減することができる。例えば、本発明の第三の態様である光学素子に入射する光を、光学素子の第一の屈折面の屈折力によって収束させると共に、光学素子から射出される光を集中させ過ぎないように、光学素子の第二の屈折面の屈折力によって発散させて、光学素子から射出される光の収束の程度を低減することができる。このように、本発明の第三の態様によれば、入射する光をより有効に利用することができる光学素子を提供することができる。
【００８６】
本発明の第三の態様である光学構成要素は、例えば、第一の屈折面の曲率中心及び第二の屈折面の曲率中心が同じ側にあるメニスカスレンズ（アレイ）である。
【００８７】
特に、本発明の第三の態様である光学素子を液晶デバイスと組み合わせて使用する場合には、液晶デバイスの液晶駆動回路に光が当たらないように、光学素子の第一の屈折面の屈折力によって光学素子に入射した光を収束させると共に、液晶デバイスの液晶相の特定部分に光が集中し過ぎないように、及び、液晶デバイスから射出される光の射出角が大きくなり過ぎないように、光学素子の第二の屈折面の屈折力によって光学素子から射出される光の収束の程度を低減することができる。すなわち、液晶デバイスの液晶相の特定部分に光が集中し過ぎることを回避することができるため、液晶デバイスにおける液晶相の劣化を低減し、液晶デバイスの寿命を従来の液晶デバイスよりも長くすることができる。また、光学素子が、マイクロレンズアレイであるとすれば、液晶デバイスから射出される光の射出角が大きくなり過ぎることを回避することができるため、隣接するマイクロレンズを透過すると共に液晶相を通過した光が、互いに混合することを低減することができ、液晶デバイスから射出される画像情報を備えた光の混色、輝度の不均一性、コントラストの低下を低減することができる。さらに、液晶デバイスから射出される光をコリメートするためのコリメートレンズの設計を容易にすることも可能となる。
【００８８】
なお、本発明の第三の態様である光学素子においては、必要に応じて、複数の光学構成要素を設けてもよい。複数の光学構成要素を設けることによって、光学構成要素の各々の設計を容易にしたり、光学素子全体の性能を向上させることができる。
【００８９】
本発明の第三の態様において、好ましくは、第一の屈折面の屈折力の絶対値は、第二の屈折面の屈折力の絶対値と実質的に等しい。
【００９０】
ここで、第一の屈折面の屈折力は、入射する光線の高さにおける第一の屈折面の屈折力であり、第二の屈折面の屈折力は、射出される光線の高さにおける第二の屈折面の屈折力である。言い換えれば、本発明の第三の態様において第一の屈折面の屈折力の絶対値は、第二の屈折面の屈折力の絶対値と実質的に等しい光学素子は、いわゆるアフォーカル光学系である。なお、「実質的に等しい」とは、第一の屈折面の屈折力及び第二の屈折面の屈折力の差による光学素子に入射する光及び光学素子から射出する光の収束又は発散の程度が、許容範囲内にある程度であることを意味する。加えて、第一の屈折面及び第二の屈折面は、理想的には、偏心していない。
【００９１】
第一の屈折面の屈折力の絶対値は、第二の屈折面の屈折力の絶対値と実質的に等しい場合には、光学素子に入射する光の収束又は発散の程度が、光学素子から射出する光の収束又は発散の程度と実質的に等しい光学素子を提供することができる。ここで、光学素子に入射する光の収束又は発散の程度及び光学素子から射出する光の収束又は発散の程度は、光学素子に入射する光及び光学素子から射出する光が平行光であることを意味するゼロを含む。すなわち、光学素子へ入射する光が、収束する光であれば、光学素子へ入射する光と同様の程度に収束する光を光学素子から射出し、光学素子へ入射する光が、発散する光であれば、光学素子へ入射する光と同様の程度に発散する光を光学素子から射出し、光学素子へ入射する光が、実質的に平行光であれば、実質的に平行光である光を光学素子から射出することになる。
【００９２】
例えば、光学素子が、球面又は非球面のレンズ（アレイ）であるとすれば、レンズの第一面の曲率半径ｒ１、第二面の曲率半径ｒ２、レンズの中心の厚さｄ、及びレンズの材料の屈折率ｎが、ｎ（ｒ１−ｒ２）＝（ｎ−１）ｄの関係式を満たすように、レンズを設計すればよい。なお、ｒ１及びｒ２の符号については、レンズは、通常、メニスカスレンズであり、ｒ１・ｒ２＞０である。第一の屈折面が、凸面であるとすれば、ｒ１＞ｒ２＞０（凹メニスカスレンズ）であり、第一の屈折面の曲率半径の絶対値は、第二の屈折面の曲率半径の絶対値よりも大きい。この場合には、第一の屈折面に入射する平行光を、第一の屈折面で収束させて、光束の径を縮小し、第二の屈折面から平行光を射出する。第一の屈折面が、凹面であるとすれば、ｒ２＜ｒ１＜０（凹メニスカスレンズ）であり、第一の屈折面の曲率半径の絶対値は、第二の屈折面の曲率半径の絶対値よりも小さい（｜ｒ１｜＜｜ｒ２｜）。この場合には、第一の屈折面に入射する平行光を、第一の屈折面で発散させて、光束の径を拡大し、第二の屈折面から平行光を射出する。
【００９３】
特に、本発明の第三の態様において、第一の屈折面の屈折力の絶対値が、第二の屈折面の屈折力の絶対値と実質的に等しい光学素子を液晶デバイスと組み合わせて使用し、光学素子に、光源から放出される概略平行光を入射させる場合には、液晶デバイスの液晶駆動回路に光が当たらないように、光学素子の第一の屈折面の屈折力によって光学素子に入射した概略平行光を収束させると共に、液晶デバイスの液晶相の特定部分に光が集中しないように、及び、液晶デバイスから射出される光の射出角が小さくするように、光学素子の第二の屈折面の屈折力によって、光学素子から概略平行光を液晶デバイスの液晶相へ向かって射出することができる。すなわち、液晶デバイスの液晶相の特定部分に光が集中しないため、液晶デバイスにおける液晶相の劣化を大幅に低減し、液晶デバイスの寿命を従来の液晶デバイスよりも大幅に長くすることができる。また、光学素子が、マイクロレンズアレイであるとすれば、液晶デバイスから射出される光が、概略平行光であり、光の射出角が小さいため、隣接するマイクロレンズを透過すると共に液晶相を通過した光が、互いに混合することを大幅に低減することができ、液晶デバイスから射出される画像情報を備えた光の混色、輝度の不均一性、コントラストの低下を大幅に低減することができる。さらに、液晶デバイスから射出される概略平行光をさらにコリメートするためのコリメートレンズの設計を大いに容易にすることができる。
【００９４】
ここで、液晶デバイスから射出される概略平行光は、好ましくは、理想的な平行光に対して０．１°以内の射出角を有する光線からなる。概略平行光が、理想的な平行光に対して０．１°以内の射出角を有する光線からなる場合には、コリメートレンズに対して実質的に平行光とみなすことができる。一方、液晶デバイスから射出される光を、コリメートレンズで十分に補正するためには、液晶デバイスから射出される光は、理想的な平行光に対して±４°以内の射出角を有する光線からなることが好ましい。
【００９５】
なお、第一の屈折面及び第二の屈折面は、それぞれ、凸若しくは凹の球面、凸若しくは凹の非球面、又は凸若しくは凹のアナモルフィック面であってもよい。
【００９６】
本発明の第三の態様において、好ましくは、基板をさらに含み、光学構成要素は、基板に直接接合する接合面を有する。
【００９７】
この場合には、光学構成要素が、基板と直接接合する接合面を有するので、基板及び光学構成要素を、樹脂などの接着剤を用いることなく、直接接合させることができる。このように、比較的大きい熱膨張係数を有する樹脂の接着剤を用いることなく、基板及び光学構成要素を直接接合させるので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、温度変化による光学素子の変形を抑制することができる。また、樹脂の接着剤を用いないため、本発明の第三の態様である光学素子を、長期間使用しても、樹脂の経時的な劣化が起こらず、樹脂の劣化による光学素子の着色（黄変など）がない。すなわち、経時的に安定な光学素子を提供することができる。さらに、接着剤を用いることなく基板及び光学構成要素を直接接合させることによって、光学構成要素を基板に対して高い精度で位置決め、接合、及び固定することができる。
【００９８】
また、基板と直接接合する光学構成要素の接合面は、光を吸収又は散乱する処理が施された面であってもよい。例えば、光学構成要素が、レンズアレイを含む構成要素であるとすれば、光学構成要素におけるレンズアレイ間の部分に光を吸収する接合面を設けると共に、隣接するレンズアレイ間を通過する光の混合を低減することができる。
【００９９】
本発明の第三の態様において、好ましくは、基板及び光学構成要素は、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含み、直接接合は、ガラス直接接合である。
【０１００】
ここで、ケイ素酸化物としては、石英、パイレックス（登録商標）ガラス、テンパックス（商品名）ガラス、及びネオセラム（商品名）のような低膨張ガラスなどの光学ガラスが挙げられる。基板及び光学構成要素が、それぞれ独立に、ケイ素酸化物、ケイ酸塩、ケイ酸塩ガラス、及びホウケイ酸塩ガラスからなる群より選択される材料を含む場合には、すなわち、基板及び光学構成要素の両方が、Ｓｉ−Ｏの結合を含む材料で構成される場合には、基板及び光学構成要素を、光学構成要素の接合面を介して互いにガラス直接接合させることができる。
【０１０１】
ガラス直接接合の方法としては、タンポ法によって光学構成要素の接合面に１％フッ酸を塗布し、基板及び光学構成要素を、接合面を介して互いに接触させ、基板及び光学構成要素の接合面に約１．０ＭＰａの圧力を加えると共に約６０℃で１時間加熱する方法などが挙げられる。
【０１０２】
また、基板及び光学構成要素を、ガラスと比較して大きい熱膨張係数を備えた樹脂の接着剤を用いることなく、ガラス直接接合させるので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、温度変化による光学素子の変形を抑制することができる。さらに、本発明の第三の態様である光学素子は、樹脂と比較して化学的に安定な無機材料で構成されるため、経時的に安定な光学素子を提供することができる。
【０１０３】
なお、基板及び光学構成要素を、光学素子の使用環境に応じて、樹脂などの接着剤で接着させてもよい。
【０１０４】
本発明の第三の態様において、好ましくは、基板及び光学構成要素の間における空間は、真空であるか、又は空気からなる。
【０１０５】
基板及び光学構成要素の間における空間が、真空であるか、又は空気である、すなわち、屈折率が１である媒体で充填される場合には、光学構成要素の材料と真空又は空気の屈折率との差が大きいため、光学構成要素の第一の屈折面及び第二の屈折面の設計を容易にすることができる。例えば、光学構成要素が、レンズ（アレイ）である場合には、第一の屈折面及び第二の屈折面としてのレンズの面の曲率を小さくすることができる。また、基板及び光学構成要素の間における空間が、空気であると、基板及び光学構成要素の間における空間を通じて、外気を通過させることができるため、光学素子を、熱を発生するデバイスと共に使用する場合には、光学素子に与えられる熱を容易に放出することができ、光学素子の冷却の効率を高めることができる。一方、基板及び光学構成要素の間における空間が、真空であると、高い断熱性を備えた光学素子を提供することができる。
【０１０６】
なお、基板及び光学構成要素の間における空間を、真空（又は空気）にするためには、基板及び光学構成要素を真空（又は空気）中で直接接合させる。
【０１０７】
本発明の第三の態様において、好ましくは、光学構成要素は、基板と接着剤を介して接合されている。すなわち、基板及び光学構成要素の間の空間を、光学素子の使用環境に応じて、樹脂などの接着剤で充填してもよい。このように、光学構成要素を、基板と接着剤を介して接合する場合には、光学構成要素を、基板と容易に接合することができる。
【０１０８】
本発明の第三の態様において、好ましくは、光学構成要素は、第一の屈折面及び第二の屈折面と異なる第三の面及び第三の面に対応する第四の面をさらに含み、第三の面及び第四の面は、実質的に平面である。
【０１０９】
本発明の第三の態様において、光学構成要素が、第一の屈折面及び第二の屈折面と異なる、実質的に平面である第三の面及び第四の面をさらに含む場合には、第三の面及び第四の面を通過する光は、収束又は発散されず、第三の面及び第四の面を通過する光の収束又は発散の程度は、維持される。例えば、第三の面は、第一の屈折面の中央に設けてもよく、第四の面は、第二の屈折面の中央に設けてもよい。第一の屈折面及び第二の屈折面の中央部分を通過する光の平行度が高い場合には、第一の屈折面及び第二の屈折面の中央部分で光を収束又は発散させることなく、第一の屈折面の中央に設けられた第三の面及び第二の屈折面の中央に設けられた第四の面を通過させてもよい。なお、「実質的に」とは、第三の面及び第四の面を通過する光の収束又は発散の程度が許容範囲内にあるように、平行光を通過させることができることを意味する。
【０１１０】
本発明の第三の態様において、好ましくは、光学構成要素は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、回折光学素子、及びウェーブフロントレンズからなる群より選択される構成要素を含む。
【０１１１】
光学構成要素としてのレンズ（アレイ）は、光学ガラス材料の平行平面板に感光性材料（フォトレジスト）の層を形成し、所望のレンズ（アレイ）用に設計された濃度分布マスク並びに露光、現像、及び硬化処理を含むフォトリソグラフィの工程を用いて、所望のレンズの形態を備えた感光性材料の三次元初期構造体を形成し、感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料に転写することで作製される。なお、濃度分布マスクは、例えば、特開平７−２３０１５９号公報に開示される方法で得ることができる。よって、第一の屈折面及び／又は第二の屈折面が、レンズ（アレイ）の面である場合には、光学ガラス材料の平行平面板の片面に感光性材料（フォトレジスト）の層を形成し、第一の屈折面に関して設計された濃度分布マスク並びに露光、現像、及び硬化処理を含むフォトリソグラフィの工程を用いて、第一の屈折面の形態を備えた感光性材料の三次元初期構造体を形成し、感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料の平行平面板の片面に転写する。次に、光学ガラス材料の平行平面板の他方の面に感光性材料（フォトレジスト）の層を形成し、第二の屈折面に関して設計された濃度分布マスク並びに露光、現像、及び硬化処理を含むフォトリソグラフィの工程を用いて、第二の屈折面の形態を備えた感光性材料の三次元初期構造体を形成し、感光性材料の三次元初期構造体の形態を、エッチングによって光学ガラス材料の平行平面板の他方の面に転写する。
【０１１２】
また、実施的に平面である第三の面（第四の面）を、第一の屈折面（第二の屈折面）に形成する場合には、感光性材料の三次元初期構造体における第一の屈折面（第二の屈折面）の形態を、エッチングによって光学ガラス材料に転写する際に、感光性材料の三次元初期構造体における第三の面（第四の面）に対応する部分が、光学ガラス材料に転写される前に、エッチングを停止する。すなわち、感光性材料の三次元初期構造体における第一の屈折面（第二の屈折面）に対応する部分のみが、光学ガラス材料に転写され、感光性材料の三次元初期構造体における第三の面（第四の面）に対応する部分は、光学ガラス材料に転写されずに、光学ガラス材料に残留し、平行平面板の平面の形状が維持される。そして、光学ガラスに転写されずに残留した、感光性材料の三次元初期構造体における第三の面（第四の面）に対応する部分を、光学ガラス材料から除去する。このようにして、実施的に平面である第三の面（第四の面）を備えた第一の屈折面（第二の屈折面）を有するレンズ（アレイ）としての光学構成要素を得ることができる。
【０１１３】
レンズの大きさについては、レンズ（アレイ）は、マイクロレンズ（アレイ）（レンズの直径＝数μｍ〜数百μｍ）であってもよい。また、レンズの形状については、レンズは、球面レンズ、非球面レンズ、又はアナモルフィックレンズであってもよい。
【０１１４】
光学構成要素としての回折光学素子は、第一の屈折面及び／又は第二の屈折面に複数の輪帯を有するフレネル光学素子であり、中心の輪帯は、最大のピッチ及び最大の高さを有し、外周の輪帯は、最小のピッチ及び最小の高さを有する。輪帯のピッチ及び高さは、中心から外周へ向かって小さくなる。回折光学素子は、ネオセラムのような低膨張ガラスなどの光学ガラスの片面又は両面に、均一な厚さの電子線用感光性材料（レジスト）を塗布し、均一に塗布した電子線用感光性材料をプリベークし、電子線描画装置を使用して第一の屈折面及び／又は第二の屈折面に応じた回折光学素子の三次元形状を描画し、回折光学素子の三次元形状が描画された電子線用感光性材料をドライエッチングして、光学ガラスに回折光学素子の三次元形状を転写することによって、得られる。なお、実質的に平面である第三の面（第四の面）を有する回折光学素子としての光学構成要素は、上述した方法と同様にして作製される。
【０１１５】
さらに、ウェーブフロントレンズとは、米国ＣＤＭ  Ｏｐｔｉｃｓ社が提案しているＷａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｃｏｒｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍによって設計され、光学レンズ、イメージセンサー（ＣＣＤ）、及び画像処理ソフトウエアを一体として最適化することによって得られる光学レンズである。なお、ウェーブフロントレンズによってイメージセンサ上に結像された像は、人間が認識できる像である必要はない。Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｃｏｒｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍにおいては、画像処理ソフトウエアにより処理された最終的な像が人間に認識できるようになっていればよい。したがって、この画像処理ソフトウエアは、イメージセンサ専用の像に対する画像処理を行う。このＷａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｃｏｒｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍを用いることにより、良好な明るさ（Ｆナンバー）及び良好な被写界限界深度の両方を達成することができる。また、簡単なレンズ構成で、諸収差を大きく低減することができ、高解像度の像を得ることができる。なお、実質的に平面である面を有するウェーブフロントレンズとしての光学構成要素は、上述した方法と同様にして作製される。
【０１１６】
なお、基板は、光学構成要素の接合面と接合する平面を有するものであって、例えば、光学構成要素の接合面と接合する平面を有する平行平面板のカバーガラスであってもよい。
【０１１７】
光学構成要素の外周には、光学構成要素及び基板の接合の強度を高めるために、基板と接合する面をさらに設けてもよい。また、光学構成要素には、必要に応じて（例えば、第一の屈折面、第二の屈折面、第三の面、第四の面などに）、反射防止膜を設けて、光学構成要素内における光の反射を低減してもよい。
【０１１８】
なお、本発明の第一若しくは第二の態様の光学素子における光学構成部分又は第三の態様の光学素子の光学構成要素の外周に、凸部を設け、凸部の中央に凹部を形成すると、凹部を、光学構成部分又は光学構成要素の外周を示す目印となる。また、光学構成部品又は光学構成要素の外周及び基板の一方に凸部を設け、それらの他方に凸部と嵌合する凹部を設けて、光学構成部品又は光学構成要素の外周及び基板の相対的な位置決めが容易である。
【０１１９】
本発明の第四の態様は、本発明の第一、第二、又は第三の態様の光学素子及び液晶を含む液晶デバイスである。本発明の第四の態様である液晶デバイスは、液晶分子からなる液晶を含む液晶相、液晶相を支持する液晶基板、液晶に電圧を印加して液晶分子の配向を制御するために液晶駆動回路（例えば、薄膜トランジスタ及び配線を含む）、光学素子から射出される光の平行度を補正するためのコリメータレンズを含んでもよい。
【０１２０】
本発明の第五の態様は、本発明の第四の態様の液晶デバイスを含む液晶プロジェクターである。本発明の第五の態様である液晶プロジェクターは、従来の任意の液晶プロジェクターにおける液晶デバイスを、本発明の第四の態様である液晶デバイスで置換したものである。
【０１２１】
なお、本発明の第一、第二、又は第三の態様の光学素子は、液晶デバイスにおける使用に限定されず、デジタルカメラ又は複写機の書込み光学系にも用いられ得る。
【０１２２】
図１は、本発明の第一の態様である光学素子を含む液晶デバイスの例を説明する図である。図１に示すように、本発明の第一の態様である光学素子を含む液晶デバイスは、光学構成部品としてのマイクロレンズアレイ１２、マイクロレンズアレイ１２の光学面に設けられた反射防止膜１４、及び光学素子の基板としてのカバーガラス１６からなる光学素子を含み、液晶基板２２及び液晶基板２２に設けられた液晶相２４をさらに含み、液晶相２４は、複数の液晶分子２６を含み、薄膜とランジスタ及び配線を含む液晶駆動回路２８が設けられている。なお、図示してないが、マイクロレンズアレイ１２及び液晶相２４の間にカバーガラス１６と異なる別の基板を設けてもよい。
【０１２３】
マイクロレンズアレイ１２は、カバーガラス１６と接合する実質的に平面である接合面を有し、接合面の周辺に球面の光学面を有する。そして、反射防止膜１４は、光学面に設けられており、接合面には設けられていない。マイクロレンズアレイ１２の光学面に反射防止膜が設けられているので、光学面による光の反射を低減し、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。ここで、マイクロレンズアレイ１２及びカバーガラス１６は、例えば、それぞれ、石英又はネオセラムなどの低膨張ガラスで作られており、マイクロレンズアレイ１２の接合面及びカバーガラス１６の上記の接合面と対応する面は、互いに、ガラス直接接合で接合されている。マイクロレンズアレイ１２及びカバーガラス１６が、ガラスと比較して大きい熱膨張係数を備えた樹脂の接着剤を用いることなく、ガラス直接接合されているので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、経時的に安定な光学素子を提供することができる。また、マイクロレンズアレイ１２は、上記の接合面とは異なる、カバーガラス１６と接合する面を有する凸部１８を有する。マイクロレンズアレイ１２の凸部１８もカバーガラス１６とガラス直接接合させることによって、マイクロレンズアレイ１２及びカバーガラス１６の接合強度を高めることができる。なお、反射防止膜１４及びカバーガラス１６の間の空間は、真空又は空気である。反射防止膜１４及びカバーガラス１６の間の空間が、真空又は空気であるので、マイクロレンズアレイ１２におけるマイクロレンズの光学面の曲率半径を比較的大きくでき、マイクロレンズアレイ１２の設計を容易にすることができる。
【０１２４】
ランプなどの光源から放出される概略平行光は、カバーガラス１６を通じてマイクロレンズアレイ１２に入射する。マイクロレンズアレイ１２に入射し、マイクロレンズアレイ１２のマイクロレンズの中央部分に設けられた接合面を通過する光は、概略平行光として液晶相２４に入射する。一方、マイクロレンズアレイ１２に入射し、マイクロレンズアレイ１２のマイクロレンズの周辺部分に設けられた球面の光学面を通過する光は、光学面によって屈折されて、収束光として液晶相２４に入射する。ここで、マイクロレンズアレイ１２の光学面に入射する光に関しては、光学面に設けられた反射防止膜によって、光学面による反射が、低減され、光学面に入射する光を、より高い効率で、液晶相２４に向かって射出することができる。よって、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。
【０１２５】
液晶相２４に入射した光は、液晶分子２６を照射し、液晶分子２６の配向は、液晶駆動回路２８によって制御される。そして、液晶駆動回路に印加する電圧を、所望の画像情報に従って制御することによって、液晶分子２６を適切に配向させ、液晶相２４を通過する光に所望の画像情報を付与ることができる。液晶相２４を通過して液晶基板２２の側から射出された画像情報が付与された光は、図示してないコリメーターレンズによってコリメートされて、平行光として図示してない投射レンズに入射する。そして、画像情報が付与された光が、投射レンズによってスクリーンに投射されることになる。
【０１２６】
図２（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第一の態様である光学素子を製造する方法を説明する図である。具体的には、図１に示す光学素子の製造方法を説明する。
【０１２７】
まず、図２（ａ）に示すように、平行平面板の形態を有する石英、ネオセラムなどの低膨張ガラスの光学ガラス材料３２に、半導体用の感光性材料（フォトレジスト）３４を塗布し、光学ガラス材料３２の平行平面板に感光性材料３４の層を形成する。次に、図１に示すマイクロレンズアレイ１２の形状に対応して予め設計された濃度分布マスク３６を、感光性材料３４の層に対して位置決めする。なお、濃度分布マスクは、マイクロレンズアレイ１２の形状に対応して適当な形状及び大きさの単位セルに隙間なく分割された露光領域を有する。また、濃度分布マスクの単位セル内の遮光パターンについては、単位セルの透過光量又は遮光量が、所望の感光性材料のパターンを実現することが可能である値に設定される。次に、感光性材料３４が反応する光を、濃度分布マスク３６を介して、光学ガラス材料３２の平行平面板に感光性材料３４の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料３４の層に現像及び硬化処理を施す。
【０１２８】
その結果、図２（ｂ）に示すように、光学ガラス材料３２の平行平面板に、マイクロレンズアレイ１２の形状に対応する形状を有する感光性材料３４の層が形成される。ここで、マイクロレンズアレイ１２の形状は、平面の接合面及び接合面の外周に球面の光学面を有する形状である。
【０１２９】
次に、図２（ｃ）に示すように、感光性材料３４の層におけるマイクロレンズアレイ１２の形状に対応する形状に従って、光学ガラス材料３２の平行平面板をエッチングする。ここで、エッチングは、感光性材料３４の層が設けられた光学ガラス材料３２の平行平面板に対して、半導体ドライエッチング装置を使用して、光学ガラス材料３２の平行平面板の表面に対して垂直な方向にエッチング種を衝突させて、感光性材料３４の層及び光学ガラス材料３２の平行平面板の両方をエッチングする。よって、感光性材料３４の層の薄い部分に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分から、感光性材料３４の層の厚い部分に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分へと、順次エッチングが行われる。ここで、図２（ｃ）に示すように、マイクロレンズアレイ１２の光学面に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分がエッチングされ、マイクロレンズアレイ１２の接合面に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分が、エッチングされてない状態で、エッチングを終了する。すると、マイクロレンズアレイ１２の光学面に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分は、エッチングによって球面形状であり、マイクロレンズアレイ１２の接合面に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分は、エッチングされずに、平行平面板の表面の形状である平面形状のままである。このようにして、平面の接合面及び接合面の外周に球面の光学面を有する形状を備えた光学構成部品としての光学ガラス材料３２のマイクロレンズアレイを形成する。なお、（ドライ）エッチングにおいて、エッチングの選択比を変更すると、感光性材料の形状とは異なる形状（異なる高さ、球面又は非球面など）でエッチングを達成することができる。また、ドライエッチングを終了する時点を変更する、すなわちエッチング時間を変更すると、エッチングされる感光性材料の高さが変化すると同時に、光学ガラス材料３２の平行平面板におけるエッチングされない平面部分の形状又は面積が変化する。例えば、エッチングされない平面部分の形状が円形である場合には、円形の直径が変化する。また、エッチングされない平面部分の形状が四角形である場合には、四角形の四辺の長さが変化する。
【０１３０】
エッチングの具体的な方法としては、感光性材料３４の層が設けられた光学ガラス材料３２の平行平面板を５℃まで冷却して、ＣＦ４、ＣＨＦ３、及びＡｒの混合ガスによってエッチングを行う。ここで、例えば、ＣＦ４ガスの流量は、５０ｓｃｃｍであり、ＣＨＦ３ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、Ａｒガスの流量は、５ｓｃｃｍであり、混合ガスの圧力は、２５ｍＴｏｒｒであり、バイアスは、４５０Ｗであり、上部電力は、２．０ｋＷであり、エッチングレートは、５μｍ／分であり、加工時間は、４．５秒である。また、Ｃ４Ｆ８ガスを用いる場合には、Ｃ４Ｆ８ガスの流量は、１００ｓｃｃｍであり、ガスの圧力は、２０ｍＴｏｒｒであり、バイアスは、５Ｗであり、上部電力は、１．８ｋＷであり、加工時間は、３〜４分である。
【０１３１】
次に、図２（ｄ）に示すように、球面の光学面及び平面の接合面を備えた光学ガラス材料３２のマイクロレンズアレイ１２の接合面に感光性材料３４の層が残留している状態で、光学ガラス材料３２のマイクロレンズアレイ１２の光学面及びマイクロレンズアレイ１２の接合面に残留する感光性材料３４の層の上に、薄膜形成工程で、反射防止膜３８を成膜する。ここで、薄膜形成工程は、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、反射防止膜３８の材料を含む溶液をスピンコートによって塗布し、塗布された溶液を加熱することで、反射防止膜３８を形成する方法のいずれであってもよい。ここでは、可視光の波長の光に対して反射を防止する反射防止膜３８を形成する。
【０１３２】
次に、図（ｅ）に示すように、リフトオフ法によって、接合面に残留する感光性材料３４の層が残留し、光学面及び感光性材料３４の層の上に反射防止膜３８が形成された光学ガラス材料３２のマイクロレンズアレイ１２を、感光性材料３４を溶解させることが可能な溶剤で処理して（必要に応じて、加熱及び超音波振動等を施し、）、光学ガラス材料３２のマイクロレンズアレイ１２の接合面に残留する感光性材料３４の層を除去する。これにより、光学ガラス材料３２のマイクロレンズアレイ１２の接合面に残留する感光性材料３４の層及び感光性材料３４の層の上に設けられた反射防止膜３８が除去される。よって、マイクロレンズアレイ１２の光学面に反射防止膜３８が設けられ、マイクロレンズアレイ１２の接合面が光学ガラス材料３２の平面である光学素子を得ることができる。
【０１３３】
最後に、図（ｆ）に示すように、光学ガラス２３のマイクロレンズアレイ１２の接合面と、同じ光学ガラス３２のカバーガラス１６をガラス直接接合で接合させる。まず、光学ガラス２３のマイクロレンズアレイ１２の接合面に、タンポ法によって、１％フッ酸を薄く塗布し、光学ガラス３２のカバーガラス１６を空気中で接触させる。次に、互いに接触させた光学ガラス２３のマイクロレンズアレイ１２の接合面及び光学ガラス３２のカバーガラス１６の対応する面に、約１．０ＭＰａの圧力を加えると共に、６０℃で１時間加熱する。その後、マイクロレンズアレイ１２及びカバーガラス１６を有機溶剤によって洗浄し、真空中で乾燥させる。このようにして、図１に示すような、カバーガラス１６並びにカバーガラス１６とガラス直接接合する平面の接合面、及び反射防止膜３８が設けられた球面の光学面を有するマイクロレンズアレイ１２を含む光学素子を得ることができる。
【０１３４】
なお、光学素子におけるマイクロレンズアレイ１２の領域の外部に、隔壁である凸部１８を設けてもよく、凸部１８は、カバーガラスと接合する平面を有することが好ましい。
【０１３５】
図３は、本発明の第二の態様である光学素子を含む液晶デバイスの例を説明する図である。図３に示すように、本発明の第二の態様である光学素子を含む液晶デバイスは、光学構成部品としてのマイクロレンズアレイ１２、マイクロレンズアレイ１２に設けられた反射防止膜１４、及び光学素子の基板としてのカバーガラス１６からなる光学素子を含み、液晶基板２２及び液晶基板２２に設けられた液晶相２４をさらに含み、液晶相２４は、複数の液晶分子２６を含み、薄膜とランジスタ及び配線を含む液晶駆動回路２８が設けられている。なお、図示してないが、マイクロレンズアレイ１２及び液晶相２４の間にカバーガラス１６と異なる別の基板を設けてもよい。
【０１３６】
マイクロレンズアレイ１２は、カバーガラス１６と接合する実質的に平面である反射防止膜１４の接合面に対応した平面の部分を有し、その平面の部分の周辺に球面の光学面を有する。そして、反射防止膜１４は、マイクロレンズアレイ１２のカバーガラス側の面に設けられている。マイクロレンズアレイ１２に反射防止膜１４が設けられているので、マイクロレンズアレイ１２の反射防止膜１４が設けられた面による光の反射を低減し、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。ここで、反射防止膜１４及びカバーガラス１６は、例えば、それぞれ、石英又はネオセラムなどの低膨張ガラスで作られており、反射防止膜１４の接合面及びカバーガラス１６の上記の接合面と対応する面は、互いに、ガラス直接接合で接合されている。反射防止膜１４及びカバーガラス１６が、ガラスと比較して大きい熱膨張係数を備えた樹脂の接着剤を用いることなく、ガラス直接接合されているので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、経時的に安定な光学素子を提供することができる。また、マイクロレンズアレイ１２は、上記の接合面とは異なる、カバーガラス１６と接合する面を有する反射防止膜１４が設けられた凸部１８を有する。マイクロレンズアレイ１２の凸部１８に設けられた反射防止膜１４もカバーガラス１６とガラス直接接合させることによって、反射防止膜１４及びカバーガラス１６の接合強度を高めることができる。なお、反射防止膜１４及びカバーガラス１６の間の空間は、真空又は空気である。反射防止膜１４及びカバーガラス１６の間の空間が、真空又は空気であるので、マイクロレンズアレイ１２におけるマイクロレンズの光学面の曲率半径を比較的大きくでき、マイクロレンズアレイ１２の設計を容易にすることができる。
【０１３７】
ランプなどの光源から放出される概略平行光は、カバーガラス１６を通じてマイクロレンズアレイ１２に入射する。マイクロレンズアレイ１２に入射し、マイクロレンズアレイ１２のマイクロレンズの中央部分に設けられた接合面を通過する光は、概略平行光として液晶相２４に入射する。一方、マイクロレンズアレイ１２に入射し、マイクロレンズアレイ１２のマイクロレンズの周辺部分に設けられた球面の光学面を通過する光は、光学面によって屈折されて、収束光として液晶相２４に入射する。ここで、マイクロレンズアレイ１２に入射する光は、マイクロレンズアレイ１２に設けられた反射防止膜によって、マイクロレンズアレイ１２の面による反射が、低減され、マイクロレンズアレイ１２の面に入射する光を、より高い効率で、液晶相２４に向かって射出することができる。よって、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。
【０１３８】
液晶相２４に入射した光は、液晶分子２６を照射し、液晶分子２６の配向は、液晶駆動回路２８によって制御される。そして、液晶駆動回路に印加する電圧を、所望の画像情報に従って制御することによって、液晶分子２６を適切に配向させ、液晶相２４を通過する光に所望の画像情報を付与ることができる。液晶相２４を通過して液晶基板２２の側から射出された画像情報が付与された光は、図示してないコリメーターレンズによってコリメートされて、平行光として図示してない投射レンズに入射する。そして、画像情報が付与された光が、投射レンズによってスクリーンに投射されることになる。
【０１３９】
図４（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第二の態様である光学素子を製造する方法を説明する図である。具体的には、図３に示す光学素子の製造方法を説明する。
【０１４０】
まず、図４（ａ）に示すように、平行平面板の形態を有する石英、ネオセラムなどの低膨張ガラスの光学ガラス材料３２に、半導体用の感光性材料（フォトレジスト）３４を塗布し、光学ガラス材料３２の平行平面板に感光性材料３４の層を形成する。次に、図３に示すマイクロレンズアレイ１２の形状に対応して予め設計された濃度分布マスク３６を、感光性材料３４の層に対して位置決めする。なお、濃度分布マスクは、マイクロレンズアレイ１２の形状に対応して適当な形状及び大きさの単位セルに隙間なく分割された露光領域を有する。また、濃度分布マスクの単位セル内の遮光パターンについては、単位セルの透過光量又は遮光量が、所望の感光性材料のパターンを実現することが可能である値に設定される。次に、感光性材料３４が反応する光を、濃度分布マスク３６を介して、光学ガラス材料３２の平行平面板に感光性材料３４の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料３４の層に現像及び硬化処理を施す。
【０１４１】
その結果、図４（ｂ）に示すように、光学ガラス材料３２の平行平面板に、マイクロレンズアレイ１２の形状に対応する形状を有する感光性材料３４の層が形成される。ここで、マイクロレンズアレイ１２の形状は、平面の接合面及び接合面の外周に球面の光学面を有する形状である。
【０１４２】
次に、図４（ｃ）に示すように、感光性材料３４の層におけるマイクロレンズアレイ１２の形状に対応する形状に従って、光学ガラス材料３２の平行平面板をエッチングする。ここで、エッチングは、感光性材料３４の層が設けられた光学ガラス材料３２の平行平面板に対して、半導体ドライエッチング装置を使用して、光学ガラス材料３２の平行平面板の表面に対して垂直な方向にエッチング種を衝突させて、感光性材料３４の層及び光学ガラス材料３２の平行平面板の両方をエッチングする。よって、感光性材料３４の層の薄い部分に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分から、感光性材料３４の層の厚い部分に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分へと、順次エッチングが行われる。ここで、図４（ｃ）に示すように、マイクロレンズアレイ１２の光学面に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分がエッチングされ、マイクロレンズアレイ１２に設けられる反射防止膜３８の接合面に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分が、エッチングされてない状態で、エッチングを終了する。すると、マイクロレンズアレイ１２の光学面に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分は、エッチングによって球面形状であり、マイクロレンズアレイ１２に設けられる反射防止膜３８の接合面に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分は、エッチングされずに、平行平面板の表面の形状である平面形状のままである。このようにして、反射防止膜３８の平面の接合面に対応する平面及びその平面の外周に球面の光学面を有する形状を備えた光学構成部品としての光学ガラス材料３２のマイクロレンズアレイを形成する。なお、（ドライ）エッチングにおいて、エッチングの選択比を変更すると、感光性材料の形状とは異なる形状（異なる高さ、球面又は非球面など）でエッチングを達成することができる。また、ドライエッチングを終了する時点を変更する、すなわちエッチング時間を変更すると、エッチングされる感光性材料の高さが変化すると同時に、光学ガラス材料３２の平行平面板におけるエッチングされない平面部分の形状又は面積が変化する。例えば、エッチングされない平面部分の形状が円形である場合には、円形の直径が変化する。また、エッチングされない平面部分の形状が四角形である場合には、四角形の四辺の長さが変化する。
【０１４３】
エッチングの具体的な方法としては、感光性材料３４の層が設けられた光学ガラス材料３２の平行平面板を５℃まで冷却して、ＣＦ４、ＣＨＦ３、及びＡｒの混合ガスによってエッチングを行う。ここで、例えば、ＣＦ４ガスの流量は、５０ｓｃｃｍであり、ＣＨＦ３ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、Ａｒガスの流量は、５ｓｃｃｍであり、混合ガスの圧力は、２５ｍＴｏｒｒであり、バイアスは、４５０Ｗであり、上部電力は、２．０ｋＷであり、エッチングレートは、５μｍ／分であり、加工時間は、４．５秒である。また、Ｃ４Ｆ８ガスを用いる場合には、Ｃ４Ｆ８ガスの流量は、１００ｓｃｃｍであり、ガスの圧力は、２０ｍＴｏｒｒであり、バイアスは、５Ｗであり、上部電力は、１．８ｋＷであり、加工時間は、３〜４分である。
【０１４４】
次に、図４（ｄ）に示すように、光学ガラス材料３２のマイクロレンズアレイ１２に残留する感光性材料３４の層を、洗浄処理又はドライアッシングなどの除去処理によって、除去する。その結果、反射防止膜３８の接合面に対応する平面の部分及びその平面の部分の外周に形成された球面の光学面を有する光学ガラス材料３２のマイクロレンズアレイ１２を得ることができる。
【０１４５】
次に、図４（ｅ）に示すように、反射防止膜３８の接合面に対応する平面の部分及びその平面の部分の外周に形成された球面の光学面を有する光学ガラス材料３２のマイクロレンズアレイ１２に、薄膜形成工程で、反射防止膜３８を成膜する。ここで、薄膜形成工程は、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、反射防止膜３８の材料を含む溶液をスピンコートによって塗布し、塗布された溶液を加熱することで、反射防止膜３８を形成する方法のいずれであってもよい。ここでは、可視光の波長の光に対して反射を防止する反射防止膜３８を形成する。なお、反射防止膜３８におけるカバーガラス１６に接触する膜は、反射防止膜３８及び過バーガラス１６をガラス直接接合させるために、光学ガラス材料３２と同様の二酸化ケイ素ＳｉＯ２を含む。よって、マイクロレンズアレイ１２に反射防止膜３８が設けられ、反射防止膜の接合面が光学ガラス材料３２の平面である光学素子を得ることができる。
【０１４６】
最後に、図（ｆ）に示すように、マイクロレンズアレイ１２に設けられた光学ガラス２３の反射防止膜３８の接合面と、同じ光学ガラス３２のカバーガラス１６をガラス直接接合で接合させる。まず、マイクロレンズアレイ１２に設けられた反射防止膜３８の接合面に、タンポ法又はスピンナー法によって、１％フッ酸を薄く塗布し、光学ガラス３２のカバーガラス１６を空気中で接触させる。次に、互いに接触させたマイクロレンズアレイ１２に設けられた光学ガラス２３の反射防止膜３８の接合面及び光学ガラス３２のカバーガラス１６の対応する面に、約１．０ＭＰａの圧力を加えると共に、６０℃で１時間加熱する。その後、マイクロレンズアレイ１２及びカバーガラス１６を有機溶剤によって洗浄し、真空中で乾燥させる。このようにして、図３に示すような、カバーガラス１６、球面の光学面を有するマイクロレンズアレイ１２、及びマイクロレンズアレイ１２に設けられた反射防止膜３８を含み、反射防止膜３８が、カバーガラス１６とガラス直接接合する平面の接合面を有する光学素子を得ることができる。
【０１４７】
なお、光学素子におけるマイクロレンズアレイ１２の領域の外部に、隔壁である凸部１８を設けてもよく、凸部１８に設けられる反射防止膜３８は、カバーガラス１６と接合する平面を有することが好ましい。
【０１４８】
図５は、本発明の第三の態様である光学素子を含む液晶デバイスの一つの例を説明する図である。図５に示すように、本発明の第三の態様である光学素子を含む液晶デバイスは、光学素子用基板４２及び複数の光学構成要素としての複数のマイクロレンズ４４からなる光学素子（マイクロレンズアレイ）を含み、液晶基板２２及び液晶基板２２に設けられた液晶相２４をさらに含み、液晶相２４は、複数の液晶分子２６を含み、薄膜とランジスタ及び配線を含む液晶駆動回路２８が設けられている。なお、図示してないが、複数のマイクロレンズ４４を保護するカバーガラスを設けてもよい。
【０１４９】
複数の第一の屈折面を有する複数の光学構成要素としてのマイクロレンズ４４を含む光学素子（マイクロレンズアレイ）において、マイクロレンズ４４は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面をさらに含み、第一の屈折面は、第一の屈折面に対応する第二の屈折面の屈折力の符号と反対の符号の屈折力を有する。また、第一の屈折面の屈折力の絶対値は、第二の屈折面の屈折力の絶対値と実質的に等しい。より詳しくは、マイクロレンズ４４は、凸面が光源側に向き、凹面が液晶相側に向く凹メニスカスレンズである。すなわち、マイクロレンズ４４の第一の屈折面は、凸面であり、第二の屈折面は、凹面であり、凸面の屈折力及び凹面の屈折力の絶対値は、実質的に同一であり、凸面の屈折力及び凹面の屈折力の符号は、反対である。すなわち、マイクロレンズ４４は、アフォーカル光学系である。なお、マイクロレンズ４４の凸面の曲率半径は、マイクロレンズ４４の凹面の曲率半径よりも大きい。マイクロレンズ４４の凸面の屈折力及び凹面の屈折力の絶対値は、実質的に同一であり、凸面の屈折力及び凹面の屈折力の符号は、反対であるため、マイクロレンズ４４に入射する平行光は、平行光としてマイクロレンズ４４から射出される。
【０１５０】
図５において、実線の矢印は、マイクロレンズ４４の光軸に平行に入射する平行光を表し、破線の矢印は、マイクロレンズ４４の光軸に対して斜めに入射する平行光を表す。図５に示すように、マイクロレンズ４４に、ランプのような光源から放出される概略平行光を入射させる場合には、液晶デバイスの液晶駆動回路に光が当たらないように、光学構成要素としてのマイクロレンズ４４における第一の屈折面（凸面）による正の屈折力によって、マイクロレンズ４４に入射した概略平行光を収束させると共に、液晶デバイスの液晶相の特定部分に光が集中しないように、及び、液晶デバイスから射出される光の射出角が小さくするように、マイクロレンズ４４における第二の屈折面（凹面）による負の屈折力によって、マイクロレンズ４４から概略平行光を液晶デバイスの液晶相へ向かって射出することができる。すなわち、液晶デバイスの液晶相の特定部分に光が集中しないため、液晶デバイスにおける液晶相の劣化を大幅に低減し、液晶デバイスの寿命を従来の液晶デバイスよりも大幅に長くすることができる。また、マイクロレンズ４４の光軸に平行に入射する平行光及びマイクロレンズ４４の光軸に対して斜めに入射する平行光の両方に関して、液晶デバイスから射出される光は、概略平行光であり、光の射出角が小さい。よって、隣接するマイクロレンズを透過すると共に液晶相を通過した光が、互いに混合することを大幅に低減することができ、液晶デバイスから射出される画像情報を備えた光の混色、輝度の不均一性、コントラストの低下を大幅に低減することができる。よって、光学素子に入射する光をより有効に利用することができる。さらに、液晶デバイスから射出される概略平行光をさらにコリメートするためのコリメートレンズの設計を大いに容易にすることができる。
【０１５１】
また、光学素子用基板４２及び光学構成要素としてのマイクロレンズ４４は、例えば、それぞれ、石英又はネオセラムなどの低膨張ガラスで作られており、マイクロレンズ４４は、光学素子用基板４２とガラス直接接合する接合面を有する。光学素子用基板４２及びマイクロレンズ４４が、ガラスと比較して大きい熱膨張係数を備えた樹脂の接着剤を用いることなく、ガラス直接接合されているので、温度変化に対する光学素子の耐久性又は耐熱性を向上させ、経時的に安定な光学素子を提供することができる。なお、光学構成要素としてのマイクロレンズ４４に反射防止膜を設けてもよい。また、光学素子用基板４２及び光学構成要素としてのマイクロレンズ４４の間における空間４６は、真空又は空気である。光学素子用基板４２及び光学構成要素としてのマイクロレンズ４４の間における空間４６が、真空又は空気であるので、マイクロレンズ４４における第一及び第二の屈折面（凸面及び凹面）の曲率半径を比較的大きくでき、マイクロレンズアレイ４４の設計を容易にすることができる。
【０１５２】
液晶相２４に入射した光は、液晶分子２６を照射し、液晶分子２６の配向は、液晶駆動回路２８によって制御される。そして、液晶駆動回路に印加する電圧を、所望の画像情報に従って制御することによって、液晶分子２６を適切に配向させ、液晶相２４を通過する光に所望の画像情報を付与ることができる。液晶相２４を通過して液晶基板２２の側から射出された画像情報が付与された光は、図示してないコリメーターレンズによってコリメートされて、平行光として図示してない投射レンズに入射する。そして、画像情報が付与された光が、投射レンズによってスクリーンに投射されることになる。
【０１５３】
図６は、本発明の第三の態様である光学素子を含む液晶デバイスの別の例を説明する図である。図６に示す液晶デバイスの光学素子については、図５に示した液晶デバイスの光学素子における、光学構成要素としてのマイクロレンズの第一の屈折面（凸面）及び第二の屈折面（凹面）が、それぞれ、第三の面としての実質的な平面及び第四の面としての実質的な平面を含む。すなわち、マイクロレンズ４４の凸面の中央部分及び凹面の中央部分の両方に平面が設けられている。よって、図６に示すように、実線の矢印で表されるマイクロレンズ４４の凸面の球面部分を通過する平行光は、マイクロレンズ４４の凸面の球面部分における正の屈折力によって収束し、マイクロレンズ４４の凹面の球面部分における負の屈折力によって発散して、平行光として液晶相２４へ向かって放出される。また、破線の矢印で表されるマイクロレンズ４４の凸面及び凹面の平面部分を通過する平行光は、マイクロレンズ４４の面によって屈折されず、そのまま平行光としてマイクロレンズ４４を通過する。
【０１５４】
図７（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第三の態様である光学素子を製造する方法の一例を説明する図である。より詳しくは、図７（ａ）〜（ｆ）は、図５に示す本発明の第三の態様である光学素子を製造する方法を説明する。
【０１５５】
まず、図７（ａ）に示すように、平行平面板の形態を有する石英、ネオセラムなどの低膨張ガラスの光学ガラス材料３２に、半導体用の感光性材料（フォトレジスト）３４を塗布し、光学ガラス材料３２の平行平面板に感光性材料３４の層を形成する。次に、図５に示す複数のマイクロレンズ４４における第一の屈折面（凸面）の形状に対応して予め設計された濃度分布マスク３６を、感光性材料３４の層に対して位置決めする。なお、濃度分布マスクは、複数のマイクロレンズ４４における第一の屈折面（凸面）の形状に対応して適当な形状及び大きさの単位セルに隙間なく分割された露光領域を有する。また、濃度分布マスクの単位セル内の遮光パターンについては、単位セルの透過光量又は遮光量が、所望の感光性材料のパターンを実現することが可能である値に設定される。次に、感光性材料３４が反応する光を、濃度分布マスク３６を介して、光学ガラス材料３２の平行平面板に感光性材料３４の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料３４の層に現像及び硬化処理を施す。
【０１５６】
その結果、図７（ｂ）に示すように、光学ガラス材料３２の平行平面板に、複数のマイクロレンズ４４における第一の屈折面（凸面）の形状に対応する形状を有する感光性材料３４の層が形成される。
【０１５７】
次に、図７（ｃ）に示すように、感光性材料３４の層における複数のマイクロレンズ４４における第一の屈折面（凸面）の形状に対応する形状に従って、光学ガラス材料３２の平行平面板をエッチングする。ここで、エッチングは、感光性材料３４の層が設けられた光学ガラス材料３２の平行平面板に対して、半導体ドライエッチング装置を使用して、光学ガラス材料３２の平行平面板の表面に対して垂直な方向にエッチング種を衝突させて、感光性材料３４の層及び光学ガラス材料３２の平行平面板の両方をエッチングする。よって、感光性材料３４の層の薄い部分に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分から、感光性材料３４の層の厚い部分に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分へと、順次エッチングが行われる。このようにして、複数のマイクロレンズ４４における第一の屈折面（凸面）の形状を備えた光学構成部品としての光学ガラス材料３２のマイクロレンズアレイを形成する。
【０１５８】
なお、（ドライ）エッチングにおいて、エッチングの選択比を変更すると、感光性材料の形状とは異なる形状（異なる高さ、球面又は非球面など）でエッチングを達成することができる。また、ドライエッチングを終了する時点を変更する、すなわちエッチング時間を変更すると、エッチングされる感光性材料の高さが変化する。
【０１５９】
エッチングの具体的な方法としては、感光性材料３４の層が設けられた光学ガラス材料３２の平行平面板を５℃まで冷却して、ＣＦ４、ＣＨＦ３、及びＡｒの混合ガスによってエッチングを行う。ここで、例えば、ＣＦ４ガスの流量は、５０ｓｃｃｍであり、ＣＨＦ３ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、Ａｒガスの流量は、５ｓｃｃｍであり、混合ガスの圧力は、２５ｍＴｏｒｒであり、バイアスは、４５０Ｗであり、上部電力は、２．０ｋＷであり、エッチングレートは、５μｍ／分であり、加工時間は、４．５秒である。また、Ｃ４Ｆ８ガスを用いる場合には、Ｃ４Ｆ８ガスの流量は、１００ｓｃｃｍであり、ガスの圧力は、２０ｍＴｏｒｒであり、バイアスは、５Ｗであり、上部電力は、１．８ｋＷであり、加工時間は、３〜４分である。
【０１６０】
次に、図７（ｄ）に示すように、複数のマイクロレンズ４４における第一の屈折面（凸面）が形成された光学ガラス材料３２の第一の屈折面（凸面）が形成された面と反対側の面に、半導体用の感光性材料（フォトレジスト）３４を塗布し、光学ガラス材料３２の平行平面板に感光性材料３４の層を形成する。次に、図５に示す複数のマイクロレンズ４４における第二の屈折面（凹面）の形状に対応して予め設計された濃度分布マスク３６を、感光性材料３４の層に対して位置決めする。なお、濃度分布マスクは、複数のマイクロレンズ４４における第二の屈折面（凹面）の形状に対応して適当な形状及び大きさの単位セルに隙間なく分割された露光領域を有する。また、濃度分布マスクの単位セル内の遮光パターンについては、単位セルの透過光量又は遮光量が、所望の感光性材料のパターンを実現することが可能である値に設定される。次に、感光性材料３４が反応する光を、濃度分布マスク３６を介して、光学ガラス材料３２の平行平面板に感光性材料３４の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料３４の層に現像及び硬化処理を施す。
【０１６１】
その結果、図７（ｅ）に示すように、光学ガラス材料３２の平行平面板に、複数のマイクロレンズ４４における第二の屈折面（凹面）の形状に対応する形状を有する感光性材料３４の層が形成される。
【０１６２】
次に、図７（ｆ）に示すように、感光性材料３４の層における複数のマイクロレンズ４４における第二の屈折面（凹面）の形状に対応する形状に従って、光学ガラス材料３２の平行平面板をエッチングする。ここで、エッチングは、感光性材料３４の層が設けられた光学ガラス材料３２の平行平面板に対して、半導体ドライエッチング装置を使用して、光学ガラス材料３２の平行平面板の表面に対して垂直な方向にエッチング種を衝突させて、感光性材料３４の層及び光学ガラス材料３２の平行平面板の両方をエッチングする。よって、感光性材料３４の層の薄い部分に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分から、感光性材料３４の層の厚い部分に対応する光学ガラス材料３２の平行平面板の部分へと、順次エッチングが行われる。このようにして、複数のマイクロレンズ４４における第二の屈折面（凹面）の形状を備えた光学構成部品としての光学ガラス材料３２のマイクロレンズアレイを形成する。
【０１６３】
このようにして、図５に示すような第一の屈折面（凸面）及び第二の屈折面（凹面）を有する光学構成要素としての複数のマイクロレンズ４４を含む光学素子を形成することができる。
【０１６４】
なお、複数のマイクロレンズ４４の第一の屈折面（凸面）及び／又は第二の屈折面（凹面）に、必要に応じて、薄膜形成工程で、（可視光の波長の光に対して反射を防止する）反射防止膜を設けてもよい。ここで、薄膜形成工程は、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、反射防止膜３８の材料を含む溶液をスピンコートによって塗布し、塗布された溶液を加熱することで、反射防止膜３８を形成する方法のいずれであってもよい。
【０１６５】
さらに、第一の屈折面（凸面）及び第二の屈折面（凹面）を有する複数のマイクロレンズ４４からなるマイクロレンズアレイを、光学ガラス２３の光学素子用基板４２とガラス直接接合で接合させてもよい。ガラス直接接合は、第一の屈折面（凸面）及び第二の屈折面（凹面）を有する複数のマイクロレンズ４４からなるマイクロレンズアレイの接合面に、タンポ法又はスピンナー法によって、１％フッ酸を薄く塗布し、光学ガラス３２の光学素子用基板４２を空気中で接触させる。次に、互いに接触させたマイクロレンズアレイの接合面及び光学ガラス３２の光学素子用基板４２の対応する面に、約１．０ＭＰａの圧力を加えると共に、６０℃で１時間加熱する。その後、マイクロレンズアレイ及び光学素子用基板４２を有機溶剤によって洗浄し、真空中で乾燥させる。このようにして、図５に示すような、第一の屈折面（凸面）及び第二の屈折面（凹面）を有する光学構成要素としての複数のマイクロレレンズ４４を含む光学素子を得ることができる。
【０１６６】
なお、図６に示す本発明の第三の態様である光学素子を製造する方法については、図５に示す本発明の第三の態様である光学素子を製造する方法を用いると共に、図２又は図４を用いて説明した本発明の第一の態様である光学素子を製造する方法におけるマイクロレンズアレイの接合面を形成する方法を用いて、マイクロレンズ４４の凸面及び凹面の中央部分に平面を形成することができる。
【実施例１】
【０１６７】
実質的に平面である接合面及び曲面（非球面）である光学面を有するマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイであって、光学面に反射防止膜が設けられ、接合面には反射防止膜が設けられないマイクロレンズアレイを製作した。
【０１６８】
まず、５５０ｎｍの波長に対して１．４２の屈折率を備えた石英の平行平面板に感光性材料（フォトレジスト）であるＯＦＰＲ−８００（東京応化製）を塗布し、石英の平行平面板に感光性材料の層を形成した。次に、マイクロレンズアレイの形状に対応して設計した濃度分布マスクを介して、紫外光を、感光性材料の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料の層に現像及び硬化処理を施した。その結果、石英の平行平面板に、マイクロレンズアレイの形状を有する感光性材料の層が形成された。
【０１６９】
次に、感光性材料の層におけるマイクロレンズアレイの形状に従って、半導体ドライエッチング装置を使用して、感光性材料の層及び石英の平行平面板をドライエッチングした。ここで、マイクロレンズアレイの光学面に対応する石英の平行平面板の部分がエッチングされ、マイクロレンズアレイの接合面に対応する石英の平行平面板の部分が、エッチングされてない状態で、エッチングを停止させた。このようにして、実質的に平面である接合面及び曲面（非球面）である光学面を有する石英のマイクロレンズアレイを形成した。
【０１７０】
エッチングの具体的な方法としては、感光性材料の層が設けられた石英の平行平面板を−２０℃まで冷却して、ＣＦ４、ＣＨＦ３、及びＡｒの混合ガスによってエッチングを行った。ここで、ＣＦ４ガスの流量は、５０ｓｃｃｍであり、ＣＨＦ３ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、Ａｒガスの流量は、５ｓｃｃｍであり、混合ガスの圧力は、４５ｍＴｏｒｒであり、バイアスは、４５０Ｗであり、上部電力は、２．０ｋＷであり、エッチングレートは、０．６μｍ／分であり、加工時間は、１１分であった。
【０１７１】
なお、得られた石英のマイクロレンズアレイについては、マイクロレンズの光学面は、ｚ（ｈ）＝（ｈ２／Ｒ）／（１＋（１−（１＋κ）（ｈ／Ｒ）２）１／２）＋Ａ４ｈ４＋Ａ６ｈ６＋…＋Ａｋｈｋによって表される回転対称非球面（ここで、ｈは、レンズの光軸からの高さであり、ｚ（ｈ）は、高さｈにおける、レンズの光軸とレンズの光学面との仮想的な交点を含むと共にレンズの光軸に垂直である平面からの距離であり、Ｒは、レンズの光学面の曲率半径であり、κは、レンズの光学面の円錐係数であり、Ａｋは、レンズの光学面のｋ次の非球面係数であり、ｋは、４以上の偶数である。）であり、本実施例では、光学面の曲率半径Ｒは、７．２５×１０−３ｍｍであり、光学面の円錐係数κは、−７．７６×１０−１であり、光学面の４次の非球面係数Ａ４は、−２．０１×１０５ｍｍ−３であり、光学面の６次の非球面係数Ａ６は、１．２６×１０９ｍｍ−５であり、光学面の８次以上の非球面係数は、０である。また、マイクロレンズの光学面の直径は、１５．５μｍであり、マイクロレンズの接合面の直径は、４．２μｍであり、マイクロレンズの高さは、６．５μｍであった。また、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのピッチは、１５．５μｍであった。
【０１７２】
次に、実質的に平面である接合面及び曲面（非球面）である光学面を有する石英のマイクロレンズアレイの接合面に感光性材料の層が残留している状態で、石英のマイクロレンズアレイの光学面及びマイクロレンズアレイの接合面に残留する感光性材料の層の上に、真空蒸着法を用いて、可視光の波長の光に対して反射を防止する反射防止膜を成膜させた。
【０１７３】
成膜した反射防止膜は、四つの層からなる。λ＝５５０ｎｍとすると、マイクロレンズの側から、第一の層は、１．４５０の屈折率及びλ／４の厚さを有するＳｉＯ２の層であり、第二の層は、１．６３０の屈折率及びλ／４の厚さを有するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の層であり、第三の層は、２．３００の屈折率及びλ／２の厚さを有する酸化チタン（ＴｉＯ２）の層であり、第四の層は、１．４５０の屈折率及びλ／４の厚さを有するＳｉＯ２の層であった。図８は、本実施例において成膜した反射防止膜の反射特性を説明する図であり、（ａ）は、３５０ｎｍから８５０ｎｍまでの波長に対する反射率／透過率を示す図であり、（ｂ）は、３５０ｎｍから８５０ｎｍまでの波長に対する反射率の詳細図である。図８において、曲線Ｒは、反射率を示し、曲線Ｔは、透過率を示す。図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施例で成膜した反射防止膜は、４００ｎｍから６８０ｎｍまでの波長の光に対して、０．５％以下の反射率を示し、９９．５％以上の透過率を示す。なお、反射防止膜に対する光の入射角は、０°である。
【０１７４】
次に、リフトオフ法によって、接合面に残留する感光性材料の層が残留し、光学面及び感光性材料の層の上に反射防止膜が形成された石英のマイクロレンズアレイを、感光性材料を溶解させることが可能な剥離液１０５（東京応化製）で処理して、石英のマイクロレンズアレイの接合面に残留する感光性材料の層を除去した。
【０１７５】
このようにして、実質的に平面である接合面及び曲面（非球面）である光学面を有するマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイであって、光学面に反射防止膜が設けられ、接合面には反射防止膜が設けられないマイクロレンズアレイを得た。なお、得られたマイクロレンズアレイの基板の厚さは、３００μｍであった。
【０１７６】
最後に、石英のマイクロレンズアレイの接合面と、１０００μｍの厚さを備えた石英のカバーガラスをガラス直接接合で接合させた。すなわち、石英のマイクロレンズアレイの接合面に、タンポ法によって、１％フッ酸を薄く塗布し、石英のカバーガラスを空気中で接触させ、次に、互いに接触させた石英のマイクロレンズアレイの接合面及び石英のカバーガラスの対応する面に、約１．０ＭＰａの圧力を加えると共に、６０℃で１時間加熱した。その後、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスをアセトンによって洗浄し、真空中で乾燥させた。
【０１７７】
このようにして、カバーガラス並びにカバーガラスとガラス直接接合する平面の接合面、及び反射防止膜が設けられた非球面の光学面を有するマイクロレンズアレイを含む光学素子を得ることができた。
【０１７８】
本実施例で得られた光学素子を０．８インチ液晶プロジェクタ用パネルに取り付けた液晶デバイスの光学特性をシミュレーションした。ここで、０．８インチ液晶プロジェクタ用パネルは、液晶駆動回路であると共に四角形の開口を有するブラックマトリックスを有する。ブラックマトリックスの開口の寸法は、１５．０×１５．０μｍとした。また、本実施例で得られた光学素子に入射する光の（カバーガラスに対する）入射角に対する強度分布は、約±７°の入射角で最大の強度を有すると共に約±２０°の入射角でゼロの強度を有するようなＭ型の分布である。
【０１７９】
本実施例で得られた光学素子を透過した光は、全てブラックマトリックスの開口を通過した。
【０１８０】
本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率を、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率と比較した。比較例の光学素子は、ネオセラム（日本電気ガラス社製）のマイクロレンズアレイ（基板の厚さ：５０μｍ）及びネオセラムのカバーガラス（厚さ：１０５０μｍ）を含み、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスは、接着剤の層（屈折率１．４５：厚さ２．５μｍ）で接合される。マイクロレンズアレイのマイクロレンズは、上記の式で表される回転対称非球面であり、非球面の曲率半径Ｒは、６．５μｍであり、非球面の円錐係数κは、−５．２６であり、光学面の４次の非球面係数Ａ４は、６．３０×１０５ｍｍ−３であり、光学面の６次の非球面係数Ａ６は、−３．９９×１０９ｍｍ−５であり、光学面の８次以上の非球面係数は、０である。また、マイクロレンズの高さは、７．０μｍであり、マイクロレンズの直径及びピッチは、１４．０μｍであった。また、比較例の光学素子を、０．７インチ液晶プロジェクタ用パネルに取り付けた。０．７インチ液晶プロジェクタ用パネルのブラックマトリックスの開口の寸法は、１３．５×１３．５μｍとした。
【０１８１】
結果として、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率を１００％とすると、本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、１０２％であり、本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率よりも高かった。なお、上記の比較例の光学素子において、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスをガラス直接接合で接合させた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、９８％であった。
【実施例２】
【０１８２】
実質的な平面及びその外周に設けられた曲面（非球面）である光学面を有するマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイであって、実質的な平面及び光学面の全体に反射防止膜が設けられたマイクロレンズアレイを製作した。
【０１８３】
まず、５５０ｎｍの波長に対して１．５４１７の屈折率を備えたネオセラム（日本電気ガラス社製）の平行平面板に感光性材料（フォトレジスト）であるＯＦＰＲ−８００（東京応化製）を塗布し、ネオセラムの平行平面板に感光性材料の層を形成した。次に、マイクロレンズアレイの形状に対応して設計した濃度分布マスクを介して、紫外光を、感光性材料の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料の層に現像及び硬化処理を施した。その結果、ネオセラムの平行平面板に、マイクロレンズアレイの形状を有する感光性材料の層が形成された。
【０１８４】
次に、感光性材料の層におけるマイクロレンズアレイの形状に従って、半導体ドライエッチング装置を使用して、感光性材料の層及びネオセラムの平行平面板をドライエッチングした。ここで、マイクロレンズアレイの光学面に対応する石英の平行平面板の部分がエッチングされ、マイクロレンズアレイの接合面に対応する石英の平行平面板の部分が、エッチングされてない状態で、エッチングを停止させた。このようにして、実質的な平面及びその外周に設けられた曲面（非球面）である光学面を有するネオセラムのマイクロレンズアレイを形成した。
【０１８５】
エッチングの具体的な方法としては、感光性材料の層が設けられたネオセラムの平行平面板を−２０℃まで冷却して、ＣＦ４、ＣＨＦ３、及びＡｒの混合ガスによってエッチングを行った。ここで、ＣＦ４ガスの流量は、５０ｓｃｃｍであり、ＣＨＦ３ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、Ａｒガスの流量は、５ｓｃｃｍであり、混合ガスの圧力は、４５ｍＴｏｒｒであり、バイアスは、４５０Ｗであり、上部電力は、２．０ｋＷであり、エッチングレートは、０．６μｍ／分であり、加工時間は、１１分であった。
【０１８６】
なお、得られたネオセラムのマイクロレンズアレイについては、マイクロレンズの光学面は、ｚ（ｈ）＝（ｈ２／Ｒ）／（１＋（１−（１＋κ）（ｈ／Ｒ）２）１／２）＋Ａ４ｈ４＋Ａ６ｈ６＋…＋Ａｋｈｋによって表される回転対称非球面（ここで、ｈは、レンズの光軸からの高さであり、ｚ（ｈ）は、高さｈにおける、レンズの光軸とレンズの光学面との仮想的な交点を含むと共にレンズの光軸に垂直である平面からの距離であり、Ｒは、レンズの光学面の曲率半径であり、κは、レンズの光学面の円錐係数であり、Ａｋは、レンズの光学面のｋ次の非球面係数であり、ｋは、４以上の偶数である。）であり、本実施例では、光学面の曲率半径Ｒは、５．９×１０−３ｍｍであり、光学面の円錐係数κは、−２．９２であり、光学面の４次の非球面係数Ａ４は、８．６６×１０５ｍｍ−３であり、光学面の６次の非球面係数Ａ６は、−５．９３×１０９ｍｍ−５であり、光学面の８次以上の非球面係数は、０である。また、マイクロレンズの光学面の直径は、１４．０μｍであり、マイクロレンズの接合面の直径は、３．８μｍであり、マイクロレンズの高さは、６．８μｍであった。また、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのピッチは、１４．０μｍであった。
【０１８７】
次に、実質的な平面及びその外周に設けられた曲面（非球面）である光学面を有するネオセラムのマイクロレンズアレイに残留する感光性材料の層を、剥離液１０５（東京応化製）による処理によって、除去した。
【０１８８】
次に、実質的な平面及びその外周に設けられた曲面（非球面）である光学面を有するネオセラムのマイクロレンズアレイの実質的な平面及び曲面（非球面）である光学面の全体にわたって、真空蒸着法を用いて、可視光の波長の光に対して反射を防止する反射防止膜を成膜させた。
【０１８９】
成膜した反射防止膜は、四つの層からなる。λ＝５５０ｎｍとすると、マイクロレンズの側から、第一の層は、１．４５０の屈折率及びλ／４の厚さを有するＳｉＯ２の層であり、第二の層は、１．６３０の屈折率及びλ／４の厚さを有するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の層であり、第三の層は、２．３００の屈折率及びλ／２の厚さを有する酸化チタン（ＴｉＯ２）の層であり、第四の層は、１．４５０の屈折率及びλ／４の厚さを有するＳｉＯ２の層であった。図９は、本実施例において成膜した反射防止膜の反射特性を説明する図であり、（ａ）は、３５０ｎｍから８５０ｎｍまでの波長に対する反射率／透過率を示す図であり、（ｂ）は、３５０ｎｍから８５０ｎｍまでの波長に対する反射率の詳細図である。図９において、曲線Ｒは、反射率を示し、曲線Ｔは、透過率を示す。図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施例で成膜した反射防止膜は、４００ｎｍから６８０ｎｍまでの波長の光に対して、０．５％以下の反射率を示し、９９．５％以上の透過率を示す。なお、反射防止膜に対する光の入射角は、０°である。なお、本実施例で得られたマイクロレンズアレイは、５００ｎｍの波長を有する光に対する反射率に関して、わずかに、実施例１で得られたマイクロレンズアレイと異なっている。
【０１９０】
このようにして、実質的な平面及びその外周に設けられた曲面（非球面）である光学面を有するマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイであって、実質的な平面及び光学面の全体に反射防止膜が設けられたマイクロレンズアレイを得た。なお、得られたマイクロレンズアレイの基板の厚さは、３００μｍであった。ここで、マイクロレンズアレイの実質的な平面に設けられた反射防止膜は、実質的に平面である接合面である。
【０１９１】
次に、ネオセラムのカバーガラスに、マイクロレンズアレイに設けた反射防止膜と同じ反射防止膜を成膜させた。
【０１９２】
最後に、ネオセラムのマイクロレンズアレイに設けられた反射防止膜の接合面と、１０００μｍの厚さを備えたネオセラムのカバーガラスをガラス直接接合で接合させた。すなわち、ネオセラムのマイクロレンズアレイに設けられた反射防止膜の接合面に、タンポ法によって、１％フッ酸を薄く塗布し、ネオセラムのカバーガラスを空気中で接触させ、次に、互いに接触させたネオセラムのマイクロレンズアレイに設けられた反射防止膜の接合面及びネオデラムのカバーガラスの対応する面に、約１．０ＭＰａの圧力を加えると共に、６０℃で１時間加熱した。その後、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスをアセトンによって洗浄し、真空中で乾燥させた。なお、マイクロレンズアレイに設けられた反射防止膜の接合面を有する膜とカバーガラスに設けられた反射防止膜の接合面を有する膜は、ＳｉＯ２からなるため、マイクロレンズアレイに設けられた反射防止膜は、カバーガラスに設けられた反射防止膜とガラス直接接合することができる。
【０１９３】
このようにして、カバーガラス、光学面を有するマイクロレンズアレイ、及びマイクロレンズアレイに設けられると共にカバーガラスとガラス直接接合する接合面を有する反射防止膜を含む光学素子を得ることができた。
【０１９４】
本実施例で得られた光学素子を０．７インチ液晶プロジェクタ用パネルに取り付けた液晶デバイスの光学特性をシミュレーションした。ここで、０．８インチ液晶プロジェクタ用パネルは、液晶駆動回路であると共に四角形の開口を有するブラックマトリックスを有する。ブラックマトリックスの開口の寸法は、１３．５×１３．５μｍとした。また、本実施例で得られた光学素子に入射する光の（カバーガラスに対する）入射角に対する強度分布は、約±７°の入射角で最大の強度を有すると共に約±２０°の入射角でゼロの強度を有するようなＭ型の分布である。
【０１９５】
本実施例で得られた光学素子を透過した光は、全てブラックマトリックスの開口を通過した。
【０１９６】
本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率を、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率と比較した。比較例の光学素子は、ネオセラム（日本電気ガラス社製）のマイクロレンズアレイ（基板の厚さ：５０μｍ）及びネオセラムのカバーガラス（厚さ：１０５０μｍ）を含み、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスは、接着剤の層（屈折率１．４５：厚さ２．５μｍ）で接合される。マイクロレンズアレイのマイクロレンズは、上記の式で表される回転対称非球面であり、非球面の曲率半径Ｒは、６．５μｍであり、非球面の円錐係数κは、−５．２６であり、光学面の４次の非球面係数Ａ４は、６．３０×１０５ｍｍ−３であり、光学面の６次の非球面係数Ａ６は、−３．９９×１０９ｍｍ−５であり、光学面の８次以上の非球面係数は、０である。また、マイクロレンズの高さは、７．０μｍであり、マイクロレンズの直径及びピッチは、１４．０μｍであった。また、比較例の光学素子を、０．７インチ液晶プロジェクタ用パネルに取り付けた。０．７インチ液晶プロジェクタ用パネルのブラックマトリックスの開口の寸法は、１３．５×１３．５μｍとした。
【０１９７】
結果として、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率を１００％とすると、本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、１０２％であり、本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率よりも高かった。なお、上記の比較例の光学素子において、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスをガラス直接接合で接合させた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、９８％であった。
【実施例３】
【０１９８】
第一の屈折面（球面の凸面）及び第二の屈折面（球面の凹面）を有する複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイにおいて、第一の屈折面の屈折力及び第二の屈折面の屈折力は、互いに、反対の符号及び実質的に等しい絶対値を有するマイクロレンズアレイを製作した。
【０１９９】
まず、５５０ｎｍの波長に対して１．５４１７の屈折率を備えたネオセラム（日本電気ガラス社製）の平行平面板（厚さ：５００μｍ）に感光性材料（フォトレジスト）であるＯＦＰＲ−８００（東京応化製）を塗布し、ネオセラムの平行平面板に感光性材料の層を形成した。次に、マイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズにおける第一の屈折面（球面の凸面）の形状に対応して設計した濃度分布マスクを介して、紫外光を、感光性材料の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料の層に現像及び硬化処理を施した。その結果、ネオセラムの平行平面板に、マイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズにおける第一の屈折面（球面の凸面）の形状を有する感光性材料の層が形成された。
【０２００】
次に、感光性材料の層におけるマイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズにおける第一の屈折面（球面の凸面）の形状に従って、半導体ドライエッチング装置を使用して、感光性材料の層及びネオセラムの平行平面板をドライエッチングした。このようにして、第一の屈折面（球面の凸面）を有するネオセラムのマイクロレンズアレイを形成した。
【０２０１】
エッチングの具体的な方法としては、感光性材料の層が設けられたネオセラムの平行平面板を−２０℃まで冷却して、ＣＦ４、ＣＨＦ３、及びＡｒの混合ガスによってエッチングを行った。ここで、ＣＦ４ガスの流量は、５０ｓｃｃｍであり、ＣＨＦ３ガスの流量は、５ｓｃｃｍであり、Ａｒガスの流量は、１５ｓｃｃｍであり、混合ガスの圧力は、２５ｍＴｏｒｒであり、バイアスは、４５０Ｗであり、上部電力は、２．０ｋＷであり、エッチングレートは、０．２μｍ／分であり、加工時間は、５分であった。
【０２０２】
なお、得られたネオセラムのマイクロレンズアレイについては、マイクロレンズの第一の屈折面（球面の凸面）の曲率半径は、７００μｍであり、マイクロレンズの第一の屈折面の直径は、１２．０μｍであった。また、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのピッチは、１２．０μｍであった。
【０２０３】
次に、第一の屈折面（球面の凸面）を有するマイクロレンズアレイが形成されたネオセラムの光学素子における第一の屈折面と反対側の面に感光性材料（フォトレジスト）であるＯＦＰＲ−８００（東京応化製）を塗布し、このネオセラムの光学素子における第一の屈折面と反対側の面に感光性材料の層を形成した。次に、マイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズにおける第二の屈折面（球面の凹面）の形状に対応して設計した濃度分布マスクを介して、紫外光を、感光性材料の層に照射し、通常のフォトリソグラフィ工程によって、感光性材料の層に現像及び硬化処理を施した。その結果、ネオセラムの光学素子における第一の屈折面と反対側の面に、マイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズにおける第二の屈折面（球面の凹面）の形状を有する感光性材料の層が形成された。
【０２０４】
次に、感光性材料の層におけるマイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズにおける第二の屈折面（球面の凹面）の形状に従って、半導体ドライエッチング装置を使用して、感光性材料の層及びネオセラムの光学素子における第一の屈折面と反対側の面をドライエッチングした。このようにして、第一の屈折面（球面の凸面）及び第二の屈折面（球面の凹面）を有する複数のマイクロレンズを含むネオセラムのマイクロレンズアレイを形成した。
【０２０５】
エッチングの具体的な方法としては、感光性材料の層が設けられたネオセラムの平行平面板を−２０℃まで冷却して、ＣＦ４、ＣＨＦ３、及びＡｒの混合ガスによってエッチングを行った。ここで、ＣＦ４ガスの流量は、５０ｓｃｃｍであり、ＣＨＦ３ガスの流量は、５ｓｃｃｍであり、Ａｒガスの流量は、１５ｓｃｃｍであり、混合ガスの圧力は、２５ｍＴｏｒｒであり、バイアスは、４５０Ｗであり、上部電力は、２．０ｋＷであり、エッチングレートは、０．２μｍ／分であり、加工時間は、５分であった。
【０２０６】
なお、得られたネオセラムのマイクロレンズアレイについては、マイクロレンズの第二の屈折面（球面の凹面）の曲率半径は、５００μｍであり、マイクロレンズの第二の屈折面の直径は、１１．０μｍであり、マイクロレンズの中心の厚さは、５００μｍであった。また、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのピッチは、７００μｍであった。さらに、マイクロレンズの第二の屈折面の外周に、カバーガラスと接合する接合面を設けた。
【０２０７】
次に、ネオセラムのマイクロレンズアレイに設けられた接合面と、ネオセラムのカバーガラス（厚さ：１ｍｍ）を真空中でガラス直接接合で接合させた。すなわち、ネオセラムのマイクロレンズアレイに設けられた接合面に、タンポ法によって、１％フッ酸を薄く塗布し、ネオセラムのカバーガラスを真空中で接触させ、次に、互いに接触させたネオセラムのマイクロレンズアレイに設けられた接合面及びネオデラムのカバーガラスの対応する面に、約１．０ＭＰａの圧力を加えると共に、６０℃で１時間加熱した。その後、マイクロレンズアレイ及びカバーガラスをアセトンによって洗浄し、真空中で乾燥させた。最後に、カバーガラスを、カバーガラスの厚さが、２５μｍになるまで、研磨した。
【０２０８】
このようにして、第一の屈折面（球面の凸面）及び第二の屈折面（球面の凹面）を有する複数のマイクロレンズを含むネオセラムのマイクロレンズアレイ並びにカバーガラスを含む光学素子を得ることができた。
【０２０９】
加えて、上記の光学素子において、マイクロレンズの第一の屈折面（球面の凸面）及び第二の屈折面（球面の凹面）の組み合わせを、表１に示すように、それぞれ、６００μｍ及び４００μｍ、８００μｍ及び６００μｍ、９００μｍ及び７００μｍ、並びに１０００μｍ及び８００μｍに変更した光学素子を製作した。
【０２１０】
表１  本実施例で製作したマイクロレンズの曲率半径及びそれらの光学特性
【０２１１】
【表１】
2006220690.tif 000003
本実施例で得られた光学素子を、それぞれ、０．７インチ液晶プロジェクタ用パネルに取り付けた液晶デバイスの光学特性を測定した。ここで、０．７インチ液晶プロジェクタ用パネルは、液晶駆動回路であると共に正方形の開口を有するブラックマトリックスを有する。ブラックマトリックスの開口の寸法は、１１．５×１１．５μｍ（開口率：５６．２％（数字の確認をお願いします））とした。また、本実施例で得られた光学素子に入射する光の（カバーガラスに対する）入射角は、約±４°の範囲にあった。
【０２１２】
本実施例で得られた光学素子を透過した光は、全てブラックマトリックスの開口を通過した。
【０２１３】
本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率を、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率と比較した。比較例の光学素子は、２５μｍの厚さを有するカバーガラスのみとした。
【０２１４】
表１に示すように、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率を１とすると、本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、１．４を超えており、本実施例で得られた光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率は、比較例の光学素子を備えた液晶デバイスの透過効率よりも顕著に高かった。また、表１に示すように、本実施例で得られた光学素子に、約±４°の範囲の（カバーガラスに対する）入射角で光を入射させたとき、本実施例で得られた光学素子から射出される光の射出角の平均値は、概略平行光であるとみなせる射出角である、０．１°よりも十分に小さかった。このため、光学素子の透過効率を向上させると共に隣接するマイクロレンズを透過する光の混合を低減する光学素子を得ることができた。すなわち、本実施例の光学素子を含む液晶デバイスを用いた液晶プロジェクターを使用した場合には、液晶分子の劣化が低減されて、液晶デバイスの光に対する耐久性が向上し、スクリーンに投射される画像のコントラストの低下及び混色は、見られなかった。また、本実施例で製作したマイクロレンズは、カバーガラスと真空中でガラス直接接合させているため、本実施例の光学素子は、十分な耐熱性を示した。
【０２１５】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態及び実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２１６】
【図１】本発明の第一の態様である光学素子を含む液晶デバイスの例を説明する図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第一の態様である光学素子を製造する方法を説明する図である。
【図３】本発明の第二の態様である光学素子を含む液晶デバイスの例を説明する図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第二の態様である光学素子を製造する方法を説明する図である。
【図５】本発明の第三の態様である光学素子を含む液晶デバイスの一つの例を説明する図である。
【図６】本発明の第三の態様である光学素子を含む液晶デバイスの別の例を説明する図である。
【図７】本発明の第三の態様である光学素子を製造する方法の一例を説明する図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、実施例１において成膜した反射防止膜の反射特性を説明する図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、実施例２において成膜した反射防止膜の反射特性を説明する図である。
【図１０】光源からの光を液晶相に集光するための光学素子を含む従来の液晶デバイスの例を示す側面図である。
【図１１】特許文献１に開示される従来の液晶デバイス用の光学素子の例を示す。
【符号の説明】
【０２１７】
１２、１０２、３０２    マイクロレンズアレイ
１４    反射防止膜
１６、３０４    カバーガラス
１８    凸部
２２、２０２    液晶基板
２４、２０４    液晶相
２６、２０６    液晶分子
２８、２０８    液晶駆動回路
３２    光学ガラス
３４    感光性材料
３６    濃度分布マスク
３８    反射防止膜
４２、１０４    光学素子用基板
４４    マイクロレンズ
４６    空間
【図１】
2006220690.tif 000004
【図２】
2006220690.tif 000005
【図３】
2006220690.tif 000006
【図４】
2006220690.tif 000007
【図５】
2006220690.tif 000008
【図６】
2006220690.tif 000009
【図７】
2006220690.tif 000010
【図８】
2006220690.tif 000011
【図９】
2006220690.tif 000012
【図１０】
2006220690.tif 000013
【図１１】
2006220690.tif 000014