(57)【要約】【課題】本発明は、光学素子及び光学系に関する。例えば、可視光線に対する微細反射防止構造が少なくとも一部に形成された曲面を有する光学素子やこれを用いた光学系を提供する。【解決手段】可視光線に対する微細反射防止構造３が少なくとも一部に形成された曲面２ａを有する光学素子１であって、微細反射防止構造３は、曲面２ａ上に、可視光線の波長よりも短い周期で形成された複数の凸部または複数の凹部により形成されるとともに、複数の凸部のうち少なくとも一部の凸部の形成方向、又は、複数の凹部のうち少なくとも一部の凹部の形成方向が、それぞれの凸部又は凹部の形成位置における曲面の法線方向に対して傾斜して形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光線に対する微細反射防止構造が少なくとも一部に形成された曲面を有する光学素子であって、
前記微細反射防止構造は、前記曲面上に、前記可視光線の波長よりも短い周期で形成された複数の凸部または複数の凹部により形成されるとともに、
前記複数の凸部のうち少なくとも一部の凸部の形成方向、又は、前記複数の凹部のうち少なくとも一部の凹部の形成方向が、それぞれの凸部又は凹部の形成位置における前記曲面の法線方向に対して傾斜して形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記凸部または前記凹部の形成方向は、前記曲面の法線方向に対して、５°以上傾斜されてい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】
前記凸部または前記凹部の形成方向は、前記曲面の法線方向に対して、前記曲面の光軸側に傾斜されてい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】
前記凸部または前記凹部の形成方向は、前記曲面の法線方向に対して、傾斜方向及び傾斜角の少なくとも一方がランダムに形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の光学素子を備えたことを特徴とする光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及び光学系に関する。例えば、可視光線に対する微細反射防止構造が少なくとも一部に形成された曲面を有する光学素子やこれを用いた光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レンズ等の光学素子の表面における反射戻り光を減少させるため、光学素子の表面にＳｕｂ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ＳＷＳ）と呼ばれる微細な凹凸構造からなる反射防止構造を設けることが知られている。
かかる微細反射防止構造を有する光学素子は、光学素子面の各位置における法線方向に沿って微細構造の凸形状または凹形状が形成されており、それぞれの位置における法線方向に入射する光線に対して反射防止効果が高いことが特徴とされている。この様な従来の微細反射防止構造を有する光学素子としては、例えば以下の特許文献１から３に記載のものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−４３２０３号公報
【特許文献２】特開２００５−３１６３９３号公報
【特許文献３】特開２００６−１７１２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の光学素子においては以下の課題が残されていた。
即ち、上記光学素子においては、凸形状または凹形状がそれぞれの位置における法線方向を向いているため、光学素子の曲率によっては、同方向の入射光に対して光学素子の光軸近傍の反射率と光学素子の周辺部の反射率との差が大きくなってしまう。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、様々な方向から光が入射した場合においても光学素子面での反射率分布を好適にすることが可能な光学素子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】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の光学素子は、可視光線に対する微細反射防止構造が少なくとも一部に形成された曲面を有する光学素子であって、前記微細反射防止構造は、前記曲面上に、前記可視光線の波長よりも短い周期で形成された複数の凸部または複数の凹部により形成されるとともに、前記複数の凸部のうち少なくとも一部の凸部の形成方向、又は、前記複数の凹部のうち少なくとも一部の凹部の形成方向が、それぞれの凸部又は凹部の形成位置における前記曲面の法線方向に対して傾斜して形成されていることを特徴とする光学素子を提供する。
この発明に係る光学素子においては、光学素子の曲面上の少なくとも一部に可視光線の波長よりも短い周期で凸部又は凹部による微細反射防止構造が形成されている。このとき、前記微細反射防止構造の凸部又は凹部の形成方向は、それぞれの形成位置での光学素子曲面の法線方向とは一致せず、この法線方向に対し傾いて形成されているため、凸部又は凹部の形成方向を適宜設定することで、形成位置における法線方向と異なる方向からの入射光に対する反射率が低減される。
【０００７】
本発明の光学素子では、凸部又は凹部の形成方向が、前記曲面の法線方向に対して、５°以上傾斜されていることが好ましい。
この場合、凸部又は凹部の形成方向が、曲面の法線方向に対して５°以上傾けて形成されていることにより、曲率半径の小さい光学素子であっても、入射光に対する反射率のばらつきが低減される。
【０００８】
本発明の光学素子では、凸部又は凹部の形成方向が、前記曲面の法線方向に対して、前記曲面の光軸側に傾斜されていることが好ましい。
この場合、凸部又は凹部の形成方向が曲面の法線方向に対して光軸側に傾斜されていることで、光軸方向からの入射光に対する反射率のばらつきが光学素子の曲面全体において低減されるとともに、フレア等の原因となりやすい光軸に対して大きく傾いた角度で入射される入射光に対する反射率が低減される。
【０００９】
本発明の光学素子では、凸部又は凹部の形成方向が、前記曲面の法線方向に対して、傾斜方向及び傾斜角の少なくとも一方がランダムに形成されていることが好ましい。
この場合、光学素子の曲面上に形成された複数の凸部又は凹部の形成方向の、曲面の法線方向に対する傾斜方向及び傾斜角の少なくとも一方がランダムに形成されているので、光軸に対して種々の方向に傾いた角度で入射される入射光に対する反射率が略均一に低減される。
【００１０】
本発明の光学系は、本発明の光学素子を備えたことを特徴とする光学系を提供する。
この発明に係る光学系においては、光学素子の表面反射によって発生しうるフレア光やゴースト光が低減される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学素子及び光学系によれば、微細反射防止構造の凸部又は凹部が光学素子の曲面の法線方向に対して傾けて形成されていることにより、様々な方向から光が入射された場合においても光学素子面での光の反射率分布を好適にすることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】は、本発明の第１実施形態として示した光学素子の側面から視た概略構成図である。
【図２】は、図１のＡ部拡大断面図
【図３】は、微細反射防止構造の一例の断面の一部を拡大した模式図である。
【図４】は、本発明の第２実施形態として示した光学素子の側面から視た概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
図１は、微細反射防止構造を有する光学素子１の側面から視た概略構成図であり、図２は、図１のレンズのＡ部における断面を拡大した模式図である。        
【００１４】
本実施形態の光学素子１は、図１に示すように、外径がＤ０、有効径がＤ１（ただし、Ｄ１＜Ｄ０）であり、第一面（曲面）２ａが凸面、第二面２ｂが平面からなる平凸レンズであり、第一面２ａの有効径範囲Ｓ内に可視光線の反射率を低減する微細反射防止構造３が形成されている。
なお、必要に応じて、第二面２ｂにも微細反射防止構造を設けてもよい。
【００１５】
微細反射防止構造３は、図２に模式的に示されているように、球面からなる第一面２ａ上に、略円形の断面形状が基端から先端に向かって漸次縮径した透明な凸部（略砲弾形状）４を、複数個、可視光線の波長よりも短い周期Ｗで形成されている。
複数の凸部４の周期Ｗは、用いる光が４００ｎｍ以上の波長を有する可視光線の場合、４００ｎｍより短い、例えば１００ｎｍ以上４００ｎｍ未満の範囲で、それぞれ同一の周期Ｗにて形成されている。
なお、各凸部４の高さは、曲面の曲率半径に比べて十分微小な高さであり、第一面２ａの曲率半径で決まる屈折力に影響を及ぼすものではない。
【００１６】
微細反射防止構造３を構成する各凸部４の形成方向６は、第一面２ａ上のそれぞれの凸部４の形成位置における法線方向７に対し光軸９側ないし面頂８側に向くよう傾いて形成されている。
凸部４の形成方向６の傾きは、凸部４の断面外形の中心を連ねてなる平均的な中心線（凸部４の中心軸）と法線との傾斜角によって求められる。
特に、面頂８から離れた箇所の凸部４の形成方向６は、第一面２ａの法線方向７に対して傾きθが５°以上、光軸９の方向に傾くように形成されている。
【００１７】
次に、第１実施形態の光学素子１における微細反射防止構造３の形成方法について説明する。
微細反射防止構造３を形成する方法としては、どのような方法を用いても構わないが、例えば、形成しようとする微細反射防止構造３とは逆形状の形状を有する金型を用いて光学素子１をガラスや樹脂で成形すると同時に、光学素子１の第一面２ａに微細反射防止構造３を形成する方法を挙げることができる。
また例えば、光学素子１の第一面２ａに紫外線硬化剤や硬化樹脂などの硬化性材料を塗布した後に、形成しようとする微細反射防止構造３とは逆形状の形状を有する金型を用いて硬化性材料に形状を転写し、硬化性材料を硬化させる方法を挙げることができる。
また例えば、光学素子１の第一面２ａに直接電子線描画する方法を挙げることができる。
【００１８】
また、形成しようとする微細反射防止構造３とは逆形状の形状を有する金型の作製方法としては、どのような方法を用いても構わないが、例えば、半導体プロセスの電子線描画を用いることができる。
また例えば、イオンエッチングなどのリソグラフィー技術を利用して型基材に形成しようとする微細反射防止構造３とは逆形状の型を作製する方法を用いることができる。
また例えば、型基材に形成しようとする微細反射防止構造３を形成した後、ニッケル（Ｎｉ）などの金属を用いて電鋳法により反転型を作製する方法を用いることができる。
【００１９】
このような光学素子１によれば、凸部４の形成方向６が、第一面２ａのそれぞれの法線方向７に対して、面頂８側に傾くように形成されるため、光軸９方向から入射される光、あるいは光軸９に対して浅い角度、例えば有効半画角の範囲で入射される光に対し微細反射防止構造３が形成された有効径範囲Ｓ内の反射率のばらつきが抑えられた状態で反射率を低減することができる。また、光軸９方向に対して深い角度、例えば有効半画角より大きな角度で入射される光に対しては、有効径範囲Ｓ内の光の反射が抑えられる。
これにより、フレアやゴーストなどの原因となりやすい光軸９に対して深い角度で入射する光が光学素子１内に入射しにくくなり、フレアやゴーストを低減することができる。
また、光学素子１の光軸９から光学素子１の周辺部に向かって凸部４の傾斜角を漸増させることで、より効率的にフレアやゴーストを除去できる。
また、反射防止効果が必要な範囲のみに微細反射防止構造３を形成することで、微細反射防止構造３を作製する時間や費用を最小限にすることも出来る。
【００２０】
また、複数の微細反射防止構造３それぞれは、第一面２ａの法線方向７に対し傾き角度及び傾き方向の少なくとも一方をランダムに設けるようにしてもよい。この場合、特に様々な方向からの光の入射に対して、光学素子面内の反射率をより均一に低減させることが可能な光学素子となる。
【００２１】
本実施形態の光学素子は、複数の光学素子を備える光学系の一部又は全部を構成してもよい。このような光学系は、光学素子間の様々な方向の表面反射を低減することができるので、良好な光学性能が得られる。特に、本発明の光学素子を入射側最外の光学素子に用いれば、外光の入射光量を好適に制御することができ、外光によるフレア等を効果的に低減することができる。すなわち、様々な方向からの光が入射する位置に本発明の光学素子を配置することにより、光学素子面内において反射率分布の少ない反射防止効果を得ることが出来るため、反射防止機能を有する光学系を得ることが可能となる。
【００２２】
また、光学素子１において、微細反射防止構造３の全体の凸部４は、光学素子１の光軸方向９側に傾いて、形成方向６を法線方向７に対して面頂８側に傾くよう形成されているが、光学素子１の均一な反射防止効果が必要な部分のみにおいて凸部４を法線に対して傾けて形成しても構わない。
【００２３】
光学素子１において、凸部４の中心軸は、面頂８側に傾くように法線との間で角度θが設けられているため、面頂８から離れた凸部４ほど形成方向６と法線方向７の成す角度θが大きくなり、面頂８に近づくに連れて角度θが小さくなる。
図３は、微細反射防止構造３の一例の断面の一部を拡大した模式図である。反射防止効果を効率的に発揮させたい箇所において、角度θは一定の角度としても良いし、例えば図３に示すように、ランダムとしても良い。
【００２４】
光学素子１は、凸部４が同じ周期Ｗで形成されているが、反射防止効果が保たれる波長の範囲内であれば、周期Ｗはランダムに形成されていても構わない。
【００２５】
光学素子１は、微細反射防止構造３が凸部４により形成されているが、第一面２ａから陥没した凸部４とは逆の凹形状を有する凹部で構成しても構わない。
また凸部および凹部の形状は、反射防止効果が保たれる範囲で、円錐などの錐体形状や釣鐘形状など、種々の先細形状を採用することも出来る。
【００２６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図４を参照して説明する。第２実施形態については、第１実施形態において説明された事項は省略し、第１実施形態との差異についてのみ説明する。また、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付す。
図４は、微細反射防止構造を有する光学素子２１の側面から視た概略構成図である。
図４において、光学素子２１は、外径がＤ０、有効径がＤ１であり、第一面２ａが凸面、第二面２ｂが平面からなる平凸レンズである。第２実施形態の光学素子２１においては、第一面２ａの有効径外を含めた曲面全体に微細反射防止構造２３が形成されている。
なお、必要に応じて、第二面２ｂにも微細反射防止構造を設けてもよい。
【００２７】
第２実施形態は、第１実施形態と、微細反射防止構造３の形成範囲において異なる。
第１実施形態においては、微細反射防止構造３は有効径範囲Ｓ内においてのみ形成されているが、第２実施形態においては有効径外の曲面においても微細反射防止構造２３が形成されている。第２実施形態も第１実施形態と同様に、それぞれの凸部４の形成方向６が法線方向７に対して光軸９側に傾いて形成されているため、微細反射防止構造２３の有効径外の凸部４が形成方向６と法線方向７との間で５°以上の角度を持つことになり、有効径Ｄ１外の光の反射率を効率的に抑えるよう作用する。
【００２８】
光学素子２１によれば、光学素子２１の有効径範囲Ｓ内における凸部４の形成方向６が、法線方向７に対して面頂８側に傾いて形成されているため、光軸方向９から入射される光に対し、微細反射防止構造２３の全体において反射率のばらつきを低減させることができる。これにより、曲率半径が小さい曲面を有する光学素子２１においても有効径範囲Ｓ内において、良好な反射防止効果を得ることが可能となると共に、光学素子有効径外の曲面にも微細反射防止構造が形成されているため、入射される光の反射をより効果的に抑えることが出来る。
【００２９】
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。
本実施の形態においては、微細反射防止構造が凸形状の場合について述べたが、凹形状であってもよい。
また、凸部４の中心軸は、光学素子１において略直線を成しているが、湾曲させるなど、直線でなくても構わない。
【符号の説明】
【００３０】
１、２１  光学素子
２ａ      第１面（曲面）
３、２３  微細反射防止構造
４        凸部
６        形成方向
７        法線方向
８        面頂
９        光軸
Ｗ        周期
θ        傾き角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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