(57)【要約】【課題】光学機能面の法線方向が光軸方向と大きな角度をなす光学機能面を有する光学素子において、光学機能面における様々な方向からの光の入射に対する反射率の分布の偏りを軽減する。【解決手段】光学素子１において、法線方向５が光軸となす角度が大きい高傾斜部２の領域に形成される微細構造体３では、当該微細構造体３を構成する複数の凸部３ａの凸部形成方向４が、凸部３ａの形成位置における曲面１ａ（光学機能面）の法線方向５に対して傾き角度６をなすように凸部３ａを形成することにより、曲面１ａにおいて、高傾斜部２とそれ以外の領域における反射率の分布の偏りを軽減し、光学素子１の曲面１ａの全域で良好な反射防止効果を得る。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光線の波長よりも短い周期で凹または凸の複数の微細構造体が形成された光学機能面を有する光学素子であって、
少なくとも一部の前記微細構造体が、前記光学機能面の法線方向に対して傾いて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、
前記光学素子は、前記光学機能面の法線方向が当該光学素子の光軸に対して３０°以上の角度をなす高傾斜部を有し、
当該高傾斜部においては、前記微細構造体が、前記光学機能面の法線方向に対して傾いて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記載の光学素子において、
前記微細構造体の前記法線方向に対する傾き角度が±５°以上であることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学素子において、
複数の前記微細構造体の前記法線方向に対する傾き角度および傾き方向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光学素子。
【請求項５】
可視光線の波長よりも短い周期で凹または凸の複数の微細構造体が形成された光学機能面を有する光学素子の製造方法であって、
少なくとも一部の前記微細構造体を、前記光学機能面の法線方向に対して傾けて形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の光学素子の製造方法において、
前記光学素子は、前記光学機能面の法線方向が当該光学素子の光軸に対して３０°以上の角度をなす高傾斜部を有し、
当該高傾斜部においては、前記微細構造体を、前記光学機能面の法線方向に対して傾けて形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の光学素子の製造方法において、
前記微細構造体の前記法線方向に対する傾き角度が±５°以上であることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法において、
複数の前記微細構造体の前記法線方向に対する傾き角度および傾き方向の少なくとも一方をランダムに形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子および光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、光学素子を用いて構成される光学系では、個々の光学素子の光学機能面における入射光の反射は、入射光量の損失や、反射光の予期し得ない散乱による光学性能の低下等の要因となり、好ましくない。
【０００３】
そこで、従来では、レンズ等の光学素子の表面に反射防止コーティングが行われていた。
そして、近年では、反射防止コーティングの代わりに、広い波長帯域および広範囲の入射角度で光の反射抑制が可能、広い波長帯域および広範囲の入射角度で光の反射抑制が可能、光学素子の様々な材料に適用可能、光学素子との一体化が可能、等の種々の利点を有する表面無反射構造が提案されている。
【０００４】
この表面無反射構造、すなわち反射防止構造は、光学素子の光学機能面に、入射光の波長以下の微細な凹凸を形成することによって実現されている。
たとえば、特許文献１（特開２００５−３１６３９３号公報）、特許文献２（特開２００６−１７１２１９号公報）および特許文献３（特開２００６−０５３２２０号公報）においては、反射防止構造として、光学素子の曲面の法線方向に微細構造の凹または凸形状を形成する技術が開示されており、光線の入射角度が光軸方向に対して大きくなっても反射防止効果が得られるとしている。
【０００５】
しかしながら、上述の従来技術では以下の技術的課題が残されていた。
即ち、特許文献１、特許文献２および特許文献３のいずれの場合も、単に、光学素子の曲面の法線方向に微細構造の凹または凸形状を形成しているため、光軸方向から光が入射した場合でも、光学素子の光学機能面内での反射率の分布に偏りが発生し、光学機能面内の特定の部分における反射防止効果が低下する懸念がある。
【０００６】
特に、その法線方向が光軸方向と大きな角度をなす光学機能面を有する光学素子において、光学機能面内での反射率の分布に偏りが発生する懸念が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３１６３９３号公報
【特許文献２】特開２００６−１７１２１９号公報
【特許文献３】特開２００６−０５３２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、その法線方向が光軸方向と大きな角度をなす光学機能面を有する光学素子において、光学機能面における反射率の分布の偏りを軽減す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】
【０００９】
本発明の第１の観点は、可視光線の波長よりも短い周期で凹または凸の複数の微細構造体が形成された光学機能面を有する光学素子であって、
少なくとも一部の前記微細構造体が、前記光学機能面の法線方向に対して傾いて形成されている光学素子を提供する。
【００１０】
本発明の第２の観点は、可視光線の波長よりも短い周期で凹または凸の複数の微細構造体が形成された光学機能面を有する光学素子の製造方法であって、
少なくとも一部の前記微細構造体を、前記光学機能面の法線方向に対して傾けて形成する光学素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、その法線方向が光軸方向と大きな角度をなす光学機能面を有する光学素子において、光学機能面における反射率の分布の偏りを軽減す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】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法によって製造された光学素子の構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態である光学素子の光軸に沿った断面図である。
【図３】図１に例示された高傾斜部のＡ部断面を拡大した断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態である光学素子における図１のＡ部断面を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施の形態の第１態様では、可視光線の波長よりも短い周期の凹または凸の複数の微細構造体が形成された、曲面（光学機能面）の法線方向が光軸に対して３０°以上の角度をなす部分（高傾斜部）を有する光学素子において、高傾斜部においては、微細構造体が曲面の法線方向に対して傾いて形成されている光学素子を提供する。
【００１４】
この第１態様に係る光学素子においては、光学素子の光軸に対して曲面の法線方向が３０°以上の角度をなす高傾斜部に微細構造体を形成する際に、形成方向を光学素子曲面の法線方向に一致させず、法線方向に対して傾けて形成されている。
【００１５】
このように、光学素子の光軸に対して曲面の法線方向が３０°以上の角度をなす高傾斜部においては、微細構造体を光学素子の曲面の法線方向に対して傾けて形成することにより、入射光に対して光学素子面内の反射率を均一に軽減することが可能な光学素子となる。
【００１６】
特に半球形状のような、外周部での曲面の法線方向が光軸と大きな角度をなす光学素子において有効である。
第２態様では、第１態様に記載の光学素子において、前記微細構造体の法線方向に対する傾き角度が±５°以上である光学素子を提供する。
【００１７】
この第２態様の光学素子においては、光学素子の光軸に対して曲面の法線方向が３０°以上の角度をなす高傾斜部に微細構造体を形成する際に、形成方向を光学素子曲面の法線方向に一致させず、法線方向に対し５°以上傾けて形成されている。
【００１８】
このように、光学素子の光軸に対して曲面の法線方向が大きな角度をなす高傾斜部において、微細構造体を光学素子の法線方向に対して５°以上傾けて形成することにより、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となる。
【００１９】
第３態様では、第１態様〜第２態様に記載の光学素子において、複数の前記微細構造体の法線方向に対する傾き角度および傾き方向がランダムに形成されている光学素子を提供する。
【００２０】
この第３態様に係る光学素子においては、光学素子の光軸に対して曲面の法線方向が３０°以上の角度をなす高傾斜部に微細構造体を形成する際に、複数の微細構造体のそれぞれを、光学素子の曲面の法線方向に対して傾き角度および傾き方向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。
【００２１】
このように、光学素子の光軸に対して曲面の法線方向が大きな角度をなす高傾斜部において、複数の微細構造体のそれぞれを光学素子曲面の法線方向に対して傾き角度および傾き方向の少なくとも一方をランダムに形成することにより、光軸に対する入射光の方向によらず、光学素子面内の反射率をさらにより均一に低減させることが可能な光学素子となる。
【００２２】
第４態様では、第１態様〜第３態様に記載の光学素子を備えた光学系を提供する。
この第４態様に係る光学系においては、光学素子の光軸に対して曲面の法線方向が３０°以上の角度をなす高傾斜部に微細構造体を形成する際に、形成方向を光学素子の曲面の法線方向に一致させず、法線方向に対して傾いて形成された光学素子を用いている。
【００２３】
このように、光学素子の光軸に対して曲面の法線方向が３０°以上の角度をなす高傾斜部において、微細構造体を光学素子の曲面の法線方向に対して傾けて形成することにより、光学素子の光軸に対して曲面の法線方向が大きな角度をなす部分を有する光学素子を用いた場合でも、光の入射に対して光学素子の曲面内の反射率を均一に軽減することが可能な光学系を作製することができる。
【００２４】
上述の第１態様〜第３態様に係る光学素子によれば、光学素子の光軸に対して曲面の法線方向が３０°以上の角度をなす高傾斜部において、微細構造体を光学素子曲面の法線方向に対して傾けて形成することにより、光学素子の光軸に対して曲面の法線方向が大きな角度をなす部分を有する光学素子を用いた場合でも、光の入射に対して光学素子の曲面内の反射率を均一に軽減でき、反射防止膜を形成することなく光学素子の曲面内での反射率が均一となる光学素子を作製することが可能となる。
【００２５】
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。
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１について、図１、図２および図３を参照して説明する。
【００２６】
（構成）
図１は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法によって製造された光学素子の構成例を示す斜視図である。
【００２７】
図１に例示されるように、本実施の形態の光学素子１は、光軸７上の一端に平坦面１ｂを光学機能面として有し、その反対側に凸の曲面１ａを光学機能面として有する平凸レンズである。
【００２８】
一例として、この光学素子１における曲面１ａの曲率半径Ｒは１０ｍｍ、レンズ径Ｄは１５ｍｍとなっており、この曲面１ａの全面に後述のような無数の凸部３ａからなる微細構造体３が形成されている。なお、必要に応じて平坦面１ｂの側にも微細構造体３を設けてよい。
【００２９】
本実施の形態の光学素子１の、光軸７に対して曲面１ａの法線方向５のなす角度が３０°以上となる範囲は、図１における高傾斜部２である。すなわち、本実施の形態の諸元を有する光学素子１の場合、この高傾斜部２は、曲面１ａにおいて、径ｂが１０ｍｍの位置から径ａが１５ｍｍの位置（この場合、レンズ径Ｄと等しい位置）までの範囲の領域である。
【００３０】
図２は、本実施の形態の光学素子１の光軸７に沿った断面図である。
この図２において、角度βは径ｂの部位の曲面１ａの法線方向５と光軸７との角度を示し、角度αは径ａの部位の曲面１ａの法線方向５と光軸７との角度を示している。
【００３１】
本実施の形態の光学素子１においては、一例として、角度βが３０°、角度αが４１°となっており、この角度αから角度βの範囲が光軸７に対して曲面１ａの法線方向５への光の入射角度が３０°以上となる範囲、すなわち高傾斜部２である。
【００３２】
また、図３は、図１に例示された高傾斜部２のＡ部断面を拡大した断面図である。
本実施の形態の光学素子１の微細構造体３は、反射防止対象となる可視光線の波長以下の周期で形成された複数の凸部３ａからなり、高傾斜部２の領域では、微細構造体３を構成するそれぞれの凸部３ａの凸部形成方向４が光学素子曲面の法線方向５とは一致せずに傾けて形成されている。
【００３３】
なお、凸部形成方向４とは個々の凸部３ａの凸部中心軸のことである。そして、一例として、高傾斜部２のそれぞれの凸部形成方向４と光学素子１の曲面１ａの法線方向５の傾き角度６は５°以上となっており、傾き方向は面頂８の方向（面頂方向）となっている。
【００３４】
なお、図３では、微細構造体３を構成するそれぞれの凸部３ａは、曲面１ａの輪郭に沿って同じ周期で形成された場合が例示されているが、反射防止効果が保たれる前記波長範囲内において凸部３ａの形成周期はランダムであっても構わない。
【００３５】
また、特に図示しないが、高傾斜部２以外の曲面１ａに形成されているそれぞれの凸部形成方向４は、光学素子１の曲面１ａの法線方向５に対し５°以内の傾きで形成されている。
【００３６】
（作用）
本実施の形態に係る光学素子１によれば光学素子１の光軸７に対して曲面１ａの法線方向５が３０°以上の角度をなす高傾斜部２において、微細構造体３を構成する複数の凸部３ａが、光学素子１の曲面１ａの法線方向５に対して傾いて形成されているため、光学素子１の曲面１ａ内の反射防止効果を、曲面１ａの全体で均一にすることができる。
【００３７】
（効果）
これにより、曲率半径が小さい曲面１ａを有する光学素子１においても高傾斜部２の曲面１ａの全体から良好に均一な反射防止効果を得ることが可能となる。また、高傾斜部２以外の曲面１ａにも微細構造体３の凸部３ａが形成されているため、光学素子１の曲面１ａの全面に入射される光の反射を均一に抑えることができる。
【００３８】
なお、光学系においては、特に入射側第一面などの光が入射する側に本実施の形態１の光学素子１を配置することにより、光学素子１の曲面１ａ内において反射率分布の偏り少ない反射防止効果を得ることができるため、良好な反射防止能を有する光学系を得ることが可能となる。
【００３９】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２について、図１および図４を参照して説明する。
（構成）
本実施の形態２の光学素子２１の曲率半径Ｒおよびレンズ径Ｄは実施の形態１と同じ仕様であり、高傾斜部２も、曲面１ａの同じ範囲に形成されている。
【００４０】
図４は、本実施の形態２の光学素子２１における図１の高傾斜部２のＡ部を拡大した断面図である。
図４に例示されるように、本実施の形態の光学素子２１の場合、高傾斜部２の範囲内において微細構造体２３を構成するそれぞれの凸部２３ａの光学素子の法線方向２５に対する傾き角度２６および凸部形成方向２４は反射防止効果が保たれる範囲でランダムに異なっている。
【００４１】
そして、高傾斜部２における凸部２３ａの傾き角度２６は光学素子２１の曲面１ａの法線方向２５に対し５°以上となっている。
なお、凸部形成方向２４に関しては、面頂８に向かう方向（面頂方向）、平坦面１ｂに向かう方向（平面方向）、および光軸７の回りの周方向のどの方向でもよく、それぞれの方向を組み合わせた方向でも構わない。
【００４２】
なお、曲面１ａにおいて高傾斜部２以外の領域に形成されている個々の凸部２３ａは、たとえば、光学素子２１の曲面１ａの法線方向２５に対し５°以内の傾きで形成されている。
【００４３】
（作用）
本実施の形態２に係る光学素子２１によれば、光学素子２１の光軸７に対して曲面１ａの法線方向２５が３０°以上の角度をなす高傾斜部２において、微細構造体２３を構成するそれぞれの凸部２３ａが光学素子２１の曲面１ａの法線方向２５に対して傾いて形成されているため、光学素子２１の曲面１ａ内の反射防止効果を高いレベルで均一にすることができる。
【００４４】
（効果）
これにより、たとえば、曲率半径Ｒが小さい曲面１ａを有する光学素子２１においても高傾斜部２の曲面１ａの全体の反射防止効果を高いレベルで均一に得ることが可能となる。
【００４５】
また、高傾斜部２以外の曲面１ａにも微細構造体２３が形成されているため、光学素子２１の曲面１ａの全面における光の反射を均一に抑えることができる。
なお、光学系においは、特に入射側第一面などの光が入射する側に本実施の形態２の光学素子２１を配置することにより、光学素子２１の曲面１ａ内において反射率分布の偏り少ない反射防止効果を得ることができるため、良好な反射防止能を有する光学系を得ることが可能となる。
【００４６】
なお、実施の形態１および実施の形態２において微細構造体を凸形状としているが、微細構造体は凹形状でも構わない。
また、凸形状および凹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とすることもできる。
【００４７】
さらに、凸部の中心軸を直線としているが、湾曲している等、直線でなくてもよい。
なお、上述の図３では、それぞれの凸部３ａの傾き角度６および傾き方向（凸部形成方向４）は同様であり、傾き方向（凸部形成方向４）は面頂８に向かう方向（面頂方向）となっているが、図４に示すように、それぞれの凸部２３ａの曲面１ａの法線方向２５に対する傾き角度２６および凸部形成方向２４は反射防止効果が保たれる範囲で異なっても良い。凸部３ａや凸部２３ａの形成方向に関しては、面頂８に向かう方向（面頂方向）、平坦面１ｂに向かう方向（平面方向）、光軸７の回りの周方向のどの方向でもよく、それぞれの方向を組み合わせた方向でも構わない。
【００４８】
ここで、上述の各実施の形態の光学素子の製造方法の一例について説明する。
上述の光学素子１および光学素子２１のいずれでもほぼ同じであるため、光学素子１を例にとって説明する。
【００４９】
反射防止機能を有する本実施の形態の光学素子１における微細構造体３の形成方法の一例について説明する。
本実施の形態の光学素子１においては、どのような方法を用いて曲面１ａに微細構造体３を形成しても構わない。
【００５０】
微細構造体３を形成する方法としては、たとえば、以下の方法を用いることができる。
たとえば、形成しようとする微細構造体３とは逆形状の形状を有する金型を用いて光学素子１を成形すると同時に光学素子１の曲面１ａに微細構造体３を形成する方法を用いることができる。
【００５１】
また、光学素子１の曲面１ａに硬化性材料を形成した後に、形成しようとする微細構造体３とは逆の凹凸形状を有する金型を用いて硬化性材料に凹凸形状を転写し、硬化性材料を硬化させる方法を用いることができる。
【００５２】
また、光学素子１の曲面１ａに直接的に電子線を照射して微細構造体３の凹凸形状を描画する方法を用いることができる。
これらの、どの方法を用いても構わない。
【００５３】
なお、形成しようとする微細構造体３とは逆の凹凸形状を有する金型の作製方法はどのような方法を用いても構わない。
例えば半導体プロセスの電子線描画や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構造体３とは逆の凹凸形状の微細構造体を形成して原型を作製する方法を用いることができる。
【００５４】
また、型基材に形成しようとする微細構造体３を形成した後、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などを用いることができる。
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。
【００５５】
たとえば、光学素子１や光学素子２１における高傾斜部２の形状は、光軸７に対して傾斜した円錐面や平面でもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１  光学素子
１ａ  曲面
１ｂ  平坦面
２  高傾斜部
３  微細構造体
３ａ  凸部
４  凸部形成方向
５  曲面１ａの法線方向
６  傾き角度
７  光軸
８  面頂
２１  光学素子
２３  微細構造体
２３ａ  凸部
２４  凸部形成方向
２５  曲面１ａの法線方向
２６  傾き角度
【図１】
2011013562.tif 000003
【図２】
2011013562.tif 000004
【図３】
2011013562.tif 000005
【図４】
2011013562.tif 000006