(57)【要約】【課題】光反射抑制膜が形成されている光入出面が、光軸を中心として配列されており、前記光軸に対する角度が相互に異なり、かつ不連続に設けられている複数の光入出面部を含む光学素子であって、高い透過率を有する光学素子を提供する。【解決手段】光の波長域Δλ１及びΔλ２とのそれぞれが、使用波長域Δλ０を含むように、光反射抑制膜２０が構成されている。光の波長域Δλ１は、光反射抑制膜２０の膜厚が最大膜厚ｄ０であるときに光入出面１０ａにおいて反射が抑制される光の波長域である。光の波長域Δλ２は、光反射抑制膜２０の膜厚が最小膜厚ｄ１であるときに光入出面１０ａにおいて反射が抑制される光の波長域である。【選択図】図３
2011095310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の光入出面を有する素子本体と、
前記光入出面における光の反射を抑制する光反射抑制膜とを備え、
使用波長域Δλ０の光に対して使用される光学素子であって、
前記光反射抑制膜が形成されている光入出面は、光軸を中心として配列されており、前記光軸に対する角度が相互に異なり、かつ不連続に設けられている複数の光入出面部を含み、
前記光反射抑制膜は、前記複数の光入出面部の上に形成されており、
前記光入出面部の法線方向において、前記光反射抑制膜の膜厚が最大となる部分の前記光反射抑制膜の膜厚をｄ０、前記光入出面部の法線方向において、前記光反射抑制膜の膜厚が最小となる部分の前記光反射抑制膜の膜厚をｄ１としたときに、
前記光反射抑制膜の膜厚がｄ０であるときに前記光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλ１と、前記光反射抑制膜の膜厚がｄ１であるときに前記光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλ２とのそれぞれが、前記使用波長域Δλ０を含むように、前記光反射抑制膜が構成されている光学素子。
【請求項２】
前記波長域Δλ１の最大波長λｍａｘ１にｄ１／ｄ０を乗じて得られる値が前記使用波長域Δλ０の最大波長λｍａｘ０以上であり、前記波長域Δλ１の最小波長λｍｉｎ１が前記使用波長域Δλ０の最小波長λｍｉｎ０以下となるように、前記光反射抑制膜が構成されている請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記膜厚ｄ０は、前記複数の光入出面部のうちの前記光軸に最も近くに位置する部分の上における前記光反射抑制膜の膜厚であり、
前記膜厚ｄ１は、前記複数の光入出面部のうちの前記光軸に最も遠くに位置する部分の上における前記光反射抑制膜の膜厚である請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記光反射抑制膜は、多層膜である請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記光反射抑制膜が形成されている光入出面は、フレネルレンズ面である請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記光反射抑制膜が形成されている光入出面は、隣接する前記光入出面部の間に位置しており、前記光軸と平行に配置されている光非透過面部を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記光反射抑制膜は、スパッタリング法または蒸着法により形成された膜である請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学素子。
【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】
従来、例えば、液晶表示装置などの光学装置において、光の集光や拡散に用いられるレンズとして、フレネルレンズ面を有するフレネルレンズシートが用いられている。フレネルレンズシートは、シート厚みが薄いにも関わらず、大きな光学的パワーを有する。このため、フレネルレンズシートを用いることにより、光学装置の高機能化と小型化を図ることが可能となる。
【０００３】
ところで、フレネルレンズシートについても、通常の光学素子と同様に、透過率が高いことが求められる。このため、例えば、下記の特許文献１などにおいて、フレネルレンズシートの光入出面に反射防止膜を設けることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−８６７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１には、フレネルレンズシートの少なくとも一方の入出面に反射防止膜を設けることにより、反射率を低減し、透過率を高めることができる旨が記載されている。しかしながら、本発明者が鋭意研究した結果、例えばガラス基板に反射防止膜を形成する場合のように単に反射防止膜を形成した場合、反射を十分に抑制できない場合があることが分かった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光反射抑制膜が形成されている光入出面が、光軸を中心として配列されており、前記光軸に対する角度が相互に異なり、かつ不連続に設けられている複数の光入出面部を含む光学素子であって、高い透過率を有する光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る光学素子は、素子本体と、光反射抑制膜とを備えている。素子本体は、一対の光入出面を有する。光反射抑制膜は、光入出面における光の反射を抑制する膜である。本発明に係る光学素子は、使用波長域Δλ０の光に対して使用される光学素子である。光反射抑制膜が形成されている光入出面は、複数の光入出面部を含む。複数の光入出面部は、光軸を中心として配列されている。複数の光入出面部は、光軸に対する角度が相互に異なり、かつ不連続に設けられている。光反射抑制膜は、複数の光入出面部の上に形成されている。本発明に係る光学素子においては、光の波長域Δλ１と、光の波長域Δλ２とのそれぞれが、使用波長域Δλ０を含むように、光反射抑制膜が構成されている。ここで、光の波長域Δλ１は、光反射抑制膜の膜厚がｄ０であるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域である。ｄ０は、光入出面部の法線方向において、光反射抑制膜の膜厚が最大となる部分の光反射抑制膜の膜厚である。光の波長域Δλ２は、光反射抑制膜の膜厚がｄ１であるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域である。ｄ１は、光入出面部の法線方向において、光反射抑制膜の膜厚が最小となる部分の光反射抑制膜の膜厚である。
【０００８】
なお、本発明において、光入出面部の法線方向における光反射抑制膜の膜厚は、光反射抑制膜のうち、ある光入出面部上に位置する部分においては、その光入出面部の法線方向における光反射抑制膜の膜厚である。すなわち、光反射抑制膜のうち、異なる光入出面部に位置する部分間で、膜厚の測定方向は異なる。
【０００９】
また、本発明において、光反射抑制膜の膜厚がｄ０であるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλ１は、光反射抑制膜が形成されていないときの光反射率よりも光反射率が低くなる光の波長域をいう。
【００１０】
同様に、光反射抑制膜の膜厚がｄ１であるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλ２も、光反射抑制膜が形成されていないときの光反射率よりも光反射率が低くなる光の波長域をいう。
【００１１】
また、光学素子における光の波長域Δλ１は、例えば、素子本体と同素材からなる平板上に膜厚がｄ０である光反射抑制膜を形成した場合の光反射抑制膜と平板との間の境界面における光の反射を直接または間接的に測定することにより求めることができる。
【００１２】
同様に、光学素子における光の波長域Δλ２は、例えば、素子本体と同素材からなる平板上に膜厚がｄ１である光反射抑制膜を形成した場合の光反射抑制膜と平板との間の境界面における光の反射を直接または間接的に測定することにより求めることができる。
【００１３】
本発明においては、上述のように、光反射抑制膜が形成されている光入出面は、複数の光入出面部を含む。そして、複数の光入出面部は、光軸に対する角度が相互に異なり、かつ不連続に設けられている。すなわち、本発明においては、光反射抑制膜が形成されている光入出面は、フレネルレンズ面（不連続屈折面ともいう。）や、位相段差面であり、複数の段差を有する面である。このように、複数の段差を有する光入出面上に光反射抑制膜を形成しても十分な光反射抑制効果が得られない場合がある。
【００１４】
本発明者が鋭意研究した結果、この原因は、複数の段差を有する面（以下、「段差面」ということがある。）に光反射抑制膜を成膜した場合、光反射抑制膜の厚みが均一にならないことにあることが分かった。すなわち、段差面に光反射抑制膜の成膜を行った場合、膜厚が不均一な光反射抑制膜が形成され、所望する膜厚よりも薄い部分が部分的に形成される。ここで、光反射抑制膜が光の反射を抑制できる波長域（以下、「反射抑制波長域」とする。）は、光反射抑制膜の膜厚によって変化する。具体的には、光反射抑制膜の反射抑制波長域は、光反射抑制膜の膜厚が薄くなると低波長側にシフトする。このため、例えば、光反射抑制膜の膜厚が薄くなりすぎ、光反射抑制膜の反射抑制波長域が大きく低波長側にシフトしてしまうと、光反射抑制膜の反射抑制波長域の最大波長が、使用波長域の最大波長よりも小さくなる。その結果、使用波長域の長波長側の部分における反射率が増大し、透過率が低下してしまうこととなる。
【００１５】
例えば、図１に示すように、波長域Δλ１を使用波長域Δλ０と実質的に同様とした場合、膜厚がｄ０よりも薄くなった部分における光の反射抑制波長域Δλｒｅｆは、波長域Δλ１よりも低波長域側に位置するため、使用波長域Δλ０の高波長域側の部分Δλ３を含まない。従って、使用波長域Δλ０の高波長域側の部分Δλ３の光の反射を十分に抑制できないこととなる。従って、波長域Δλ３における透過率が低下してしまう。
【００１６】
それに対して、本発明では、光反射抑制膜の膜厚がｄ０であるときに光入出面において反射が抑制される光の反射抑制波長域Δλ１と、光反射抑制膜の膜厚がｄ１であるときに光入出面において反射が抑制される光の反射抑制波長域Δλ２とのそれぞれが、使用波長域Δλ０を含むように、光反射抑制膜が構成されている。すなわち、光反射抑制膜の膜厚がｄ１にまで薄くなったときにも、光の反射が抑制される波長域が使用波長域Δλ０を含むように、光反射抑制膜が構成されている。
【００１７】
具体的には、例えば、
使用波長域Δλ０：λｍｉｎ０〜λｍａｘ０、
反射抑制波長域Δλ１：λｍｉｎ１〜λｍａｘ１、
反射抑制波長域Δλ２：λｍｉｎ２〜λｍａｘ２、
（（膜厚ｄ１）／（膜厚ｄ０））：ｘ、
（（膜厚ｄ１）／（膜厚ｄ０））＝ｘのときに、反射抑制波長域Δλ１の最大波長λｍａｘ１に対する反射抑制波長域Δλ２の最大波長λｍａｘ２の大きさ（λｍａｘ２／λｍａｘ１）：ｙ、
とすると、図２に示すような関係となるように、光反射抑制膜が設計されている。
【００１８】
つまり、本発明においては、光反射抑制膜の膜厚が、ねらいの膜厚ｄ０よりもｙ倍に薄くなる部分が生じることを見越して、反射抑制波長域Δλ１の最小波長λｍｉｎ１が使用波長域Δλ０の最小波長λｍｉｎ０よりも小さくなり、かつ最大波長λｍａｘ１がλｍａｘ０／ｙ以上となるように（すなわち、λｍａｘ１×ｙがλｍａｘ０以上となるように）、光反射抑制膜が構成されている。このため、反射抑制波長域Δλ１の最小波長λｍｉｎ１よりも短波長である、反射抑制波長域Δλ２の最小波長λｍｉｎ２は、使用波長域Δλ０の最小波長λｍｉｎ０よりも小さくなる。また、λｍａｘ１≧λｍａｘ０／ｙであるため、λｍａｘ２＝λｍａｘ１×ｙ≧λｍａｘ０となる。よって、使用波長域Δλ０が反射抑制波長域Δλ２にも含まれることなる。従って、光反射抑制膜のうち、ねらいの膜厚ｄ０よりも薄くなった部分においても、使用波長域Δλ０の光の反射を抑制することができる。よって、本発明においては、使用波長域Δλ０の全域において、光入出面における光の反射を効果的に抑制することができる。その結果、使用波長域Δλ０の全域において、高い透過率を実現することができる。
【００１９】
ここで、本発明者が鋭意研究した結果、反射抑制波長域Δλ２の最大波長λｍａｘ２は、反射抑制波長域Δλ１の最大波長λｍａｘ１にｄ１／ｄ０を乗じて得られる値とほぼ一致することが分かった。すなわち、上記の例で言えば、ｘ（＝（（膜厚ｄ１）／（膜厚ｄ０）））≒ｙ（＝λｍａｘ２／λｍａｘ１）となることが分かった。よって、反射抑制波長域Δλ１の最大波長λｍａｘ１にｄ１／ｄ０を乗じて得られる値が使用波長域Δλ０の最大波長λｍａｘ０以上となるように光反射抑制膜を設計することによって、λｍａｘ１≧λｍａｘ０かつλｍａｘ２≧λｍａｘ０とすることができる。
【００２０】
従って、本発明においては、反射抑制波長域Δλ１の最大波長λｍａｘ１にｄ１／ｄ０を乗じて得られる値が使用波長域Δλ０の最大波長λｍａｘ０以上であり、反射抑制波長域Δλ１の最小波長λｍｉｎ１が使用波長域Δλ０の最小波長λｍｉｎ０以下となるように、光反射抑制膜が構成されていることが好ましい。そうすることにより、確実に使用波長域Δλ０における光透過率を高めることができる。
【００２１】
なお、本発明における光反射抑制膜の設計は、従来通常に行われてきた光反射抑制膜の設計とは大きく異なる。従来は、例えば、波長４０５ｎｍの光の反射を抑制したいと考えた場合は、波長４０５ｎｍの光のみの反射を抑制できる設計とし、それ以外の波長の光の反射は、許容する方向で光反射抑制膜の設計が行われてきた。これは、より広い波長域の光の反射を抑制するためには、光反射抑制膜をより積層数が多い多層膜にする必要があったり、光反射抑制膜の作製が困難になったりするからである。従って、本発明のように、反射抑制波長域Δλ１が使用波長域Δλ０よりも大幅に広くなるように光反射抑制膜を設計することは、従来の設計思想からは、容易に想到し得なかったものである。
【００２２】
本発明において、光反射抑制膜の膜設計を行うためには、膜厚ｄ０，膜厚ｄ１、波長域Δλ１、波長域Δλ２などのデータの少なくともひとつが必要となる。これらのデータの求め方は特に限定されない。これらのデータは、例えば、実験的に求めてもよいし、実験とシミュレーションにより求めてもよい。
【００２３】
膜厚ｄ０と膜厚ｄ１との比（膜厚ｄ１）／（膜厚ｄ０）を求めるに際しては、光反射抑制膜の全領域において膜厚を測定することが理想的である。しかしながら、光反射抑制膜は、通常、非常に薄く、膜厚の測定が困難であることもあり、光反射抑制膜の全領域において膜厚を測定することは、実際上困難である。
【００２４】
スパッタリング法や蒸着法などの通常の薄膜形成方法を用いて光反射抑制膜を形成した場合、光反射抑制膜の膜厚は、光反射抑制膜が形成される面と光軸とのなす角の大きさと相関する。具体的には、光反射抑制膜が形成される面と光軸とのなす角の大きさが小さいほど形成される光反射抑制膜の膜厚が大きくなる。一方、光反射抑制膜が形成される面と光軸とのなす角の大きさが大きいほど形成される光反射抑制膜の膜厚が小さくなる。また、光の集光や拡散を行う光学素子においては、複数の光入出面部のうちの光軸に最も近くに位置する部分において光入出面と光軸とのなす角度が最も小さくなる。当該部分では、要求される光学的パワーが最も小さくなるためである。一方、複数の光入出面部のうちの光軸に最も遠くに位置する部分において光入出面と光軸とのなす角度が最も大きくなる。当該部分では、要求される光学的パワーが最も大きくなるためである。したがって、膜厚ｄ０は、複数の光入出面部のうちの光軸に最も近くに位置する部分の上における光反射抑制膜の膜厚とし、膜厚ｄ１は、複数の光入出面部のうちの光軸に最も遠くに位置する部分の上における光反射抑制膜の膜厚とし、これら２箇所において、膜厚を測定またはシミュレーションすることにより、膜厚ｄ０と膜厚ｄ１との比（膜厚ｄ１）／（膜厚ｄ０）を求めればよい。
【００２５】
決定された反射抑制波長域Δλ１を満たす光反射抑制膜の設計は、公知の設計手法を用いて行うことができる。反射抑制波長域Δλ１によっては、光反射抑制膜は、単一膜により構成してもよいし、多層膜により構成してもよい。但し、一般的に、多層膜により反射抑制膜を構成した方がより広い反射抑制波長域Δλ１を得やすい。このため、光反射抑制膜は、多層膜であることが好ましい。但し、多層膜の形成工程は煩雑であり、成膜コストが高い。従って、成膜容易性及び成膜コストの観点からは、反射抑制膜は、単一膜であることが好ましい。
【００２６】
なお、本発明において、「フレネルレンズ面」及び「位相段差面」とは、複数の光入出面部と複数の光非透過面部とが光軸を中心として交互に配列されている面のことをいう。光非透過面部は、光軸と平行に配置されている面である。光非透過面部は、隣接する光入出面部の間に位置している。ここで、複数の光入出面部と複数の光非透過面部とが光軸を中心として交互に配列されている面のうち、フレネルレンズ面は、主として光の屈折により光学的パワーが実現されている面であり、位相段差面は、主として光の回折により光学的パワーが実現されている面である。なお、光の屈折と回折とのいずれが支配的に生じるかは、入射光の波長と、光入出面のピッチとによって決定される。
【００２７】
フレネルレンズ面と位相差段差面とのそれぞれにおいて、光は、光入出面部を通過するため、光反射抑制膜は、光入出面部の上のみに形成されていれば十分であるが、光入出面部の上と共に、光非透過面部の上に形成されていてもよい。
【００２８】
光入出面部と、光非透過面部とのそれぞれは、平面であってもよし、曲面であってもよい。光入出面部が曲面である場合は、光入出面部の法線は、光入出面部の近似平面の法線となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、光反射抑制膜が形成されている光入出面が、光軸を中心として配列されており、前記光軸に対する角度が相互に異なり、かつ不連続に設けられている複数の光入出面部を含む光学素子であって、高い透過率を有する光学素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】波長域λ１を使用波長域λ０と実質的に等しく設計した場合の波長域の関係を示す模式図である。
【図２】本発明における波長域の関係を示す模式図である。
【図３】本発明を実施した一実施形態に係る光学素子の略図的断面図である。
【図４】図３におけるＩＶ部分の略図的断面図である。
【図５】図３におけるＶ部分の略図的断面図である。
【図６】光反射抑制膜を形成していないフレネルレンズ及びガラス基板、並びに光反射抑制膜を形成したフレネルレンズ及びガラス基板の透過率を表すグラフである。
【図７】実施例１において作製した光反射抑制膜付きフレネルレンズの透過率を表すグラフである。
【図８】実施例１の光反射抑制膜を、膜厚ｄ０で形成したときに光の反射率を表す負ラフである。
【図９】実施例１の光反射抑制膜を、膜厚ｄ１で形成したときに光の反射率を表す負ラフである。
【図１０】実施例２において作製した光反射抑制膜付きフレネルレンズの透過率を表すグラフである。
【図１１】実施例２において作製した光反射抑制膜付きフレネルレンズの波長４０５ｎｍにおける透過率を表すグラフである。
【図１２】実施例２の光反射抑制膜を、膜厚ｄ０で形成したときに光の反射率を表す負ラフである。
【図１３】実施例２の光反射抑制膜を、膜厚ｄ１で形成したときに光の反射率を表す負ラフである。
【図１４】実施例３において作製した光反射抑制膜付きフレネルレンズの透過率を表すグラフである。
【図１５】実施例３において作製した光反射抑制膜付きフレネルレンズの波長４０５ｎｍにおける透過率を表すグラフである。
【図１６】実施例３の光反射抑制膜を、膜厚ｄ０で形成したときに光の反射率を表す負ラフである。
【図１７】実施例３の光反射抑制膜を、膜厚ｄ１で形成したときに光の反射率を表す負ラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図３に示す光学素子１を例に挙げて説明する。なお、光学素子１は、単なる例示である。本発明に係る光学素子は、光学素子１に何ら限定されない。
【００３２】
図３に示す光学素子１は、最小波長λｍｉｎ０以上最大波長λｍａｘ０以下の使用波長域Δλ０の光に対して使用される素子である。図３に示すように、光学素子１は、素子本体１０を備えている。素子本体１０は、光学素子１の使用波長域の光を透過させる部材である限りにおいて特に限定されない。素子本体１０は、例えば、樹脂製またはガラス製であってもよい。
【００３３】
素子本体１０は、一対の光入出面１０ａ、１０ｂを備えている。すなわち、光入出面１０ａ、１０ｂのうちの一方から入射した光は、光入出面１０ａ、１０ｂのうちの他方から出射する。本実施形態では、光入出面１０ｂが光入射面を構成している。光入出面１０ａが光出射面を構成している。
【００３４】
光入出面１０ｂは、平面状に形成されている。一方、光入出面１０ａは、フレネルレンズ面に形成されている。具体的には、光入出面１０ａは、平面状の複数の光入出面部１０ａ１と、平面状の複数の光非透過面部１０ａ２とを含む。複数の光入出面部１０ａ１と、複数の光非透過面部１０ａ２とは、光軸Ａを中心として、径方向に交互に配列されている。このため、隣接する光入出面部１０ａ１の間には、光非透過面部１０ａ２が位置している。従って、複数の光入出面部１０ａ１は、不連続に設けられている。
【００３５】
光非透過面部１０ａ２は、光軸Ａと平行に配置されているため、光非透過面部１０ａ２からは光は実質的に出射されない。光学素子１に入射した光は、光入出面部１０ａ１から実質的に出射する。
【００３６】
複数の光入出面部１０ａ１は、光軸Ａに対する角度が相互に異なる。具体的には、光軸Ａに近いほど、光入出面部１０ａ１の法線と、光軸Ａとのなす角の大きさが小さい。光軸Ａから遠ざかるほど、光入出面部１０ａ１の法線と、光軸Ａとのなす角の大きさが大きい。
【００３７】
光入出面１０ａの上には、光反射抑制膜２０が形成されている。具体的には、光反射抑制膜２０は、光入出面１０ａのうちの複数の光入出面部１０ａ１上に形成されている。
【００３８】
なお、本実施形態では、光入出面部１０ｂの上には光反射抑制膜が実質的に形成されていない例について説明する。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、一対の光入出面の両方の上に光反射抑制膜が形成されていてもよい。
【００３９】
本実施形態において、光反射抑制膜２０は、例えば、スパッタリング法や蒸着法などの薄膜形成法により形成されたものである。このため、図４及び図５に示すように、光反射抑制膜２０の膜厚は、不均一となっている。具体的には、複数の光入出面部１０ａ１のうち、光入出面部１０ａ１の法線と光軸Ａとのなす角度が小さい部分の上に形成されている光反射抑制膜２０の部分の膜厚は、比較的大きい。複数の光入出面部１０ａ１のうち、光入出面部１０ａ１の法線と光軸Ａとのなす角度が大きい部分の上に形成されている光反射抑制膜２０の部分の膜厚は、比較的小さい。さらに、同一の光入出面部１０ａ１上においても、頂点側が分厚く、底側が薄い。光反射抑制膜２０のうち、最も膜厚の厚い部分は、光軸Ａに最も近い部分である。本実施形態では、光軸Ａ上に光反射抑制膜２０が形成されているため、図４に示す、光反射抑制膜２０の光軸Ａ上に位置する部分２０ａの法線に沿った厚みがｄ０となる。一方、光反射抑制膜２０のうち、最も膜厚の薄い部分は、図５に示す、光反射抑制膜２０のうち、光軸Ａから最も離れた部分２０ｂとなる。従って、部分２０ｂの法線方向に沿った厚みがｄ１となる。
【００４０】
光反射抑制膜２０は、使用波長域Δλ０の光の光入出面１０ａにおける反射を抑制するための膜である。光反射抑制膜２０は、光反射抑制膜２０の膜厚がｄ０であるときに光入出面１０ａにおいて反射が抑制される光の反射抑制波長域Δλ１と、光反射抑制膜２０の膜厚がｄ１であるときに光入出面１０ａにおいて反射が抑制される光の反射抑制波長域Δλ２とのそれぞれが、使用波長域Δλ０を含むように構成されている。
【００４１】
具体的には、本実施形態では、反射抑制波長域Δλ１の最大波長λｍａｘ１にｄ１／ｄ０を乗じて得られる値が使用波長域Δλ０の最大波長λｍａｘ０以上であり、反射抑制波長域Δλ１の最小波長λｍｉｎ１が使用波長域Δλ０の最小波長λｍｉｎ０以下となるように、光反射抑制膜２０が構成されている。
【００４２】
従って、上記説明のように、使用波長域Δλ０における光の反射を抑制し、光透過率を高めることができる。
【００４３】
なお、光反射抑制膜２０の構成は、上記条件を満たす限りにおいて適宜選択可能である。光反射抑制膜２０は、例えば単一膜により構成されていてもよいし、多層膜により構成されていてもよい。また、光反射抑制膜２０の材質も特に限定されず、例えば、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｉＯ２等の酸化物やＣａＦ２等のフッ化物により構成することができる。典型的には、光反射抑制膜２０は、低屈折率膜と高屈折率膜とが交互に積層された積層膜により形成することができる。
【００４４】
また、光反射抑制膜２０は、例えば、使用波長域Δλ０の最小波長λｍｉｎ０以下の微小突起または凹部が多数形成されており、見かけ上の屈折率が厚み方向において徐変する構造体により構成されていてもよい。
【００４５】
（実験例）
上述の通り、本発明者は、鋭意研究の結果、複数の段差を有する光入出面上に光反射抑制膜を形成しても十分な光反射抑制効果が得られない場合があることを見出した。ここでは、その際に行った実験について説明する。
【００４６】
まず、下記の条件のフレネルレンズと、平板状のガラス基板を用意した。そして、それらフレネルレンズ及びガラス基板のそれぞれについて、透過率を測定した。
【００４７】
その後、フレネルレンズのフレネルレンズ面と、平板状のガラス基板の一方の表面とに、同一の条件で光反射抑制膜を形成した。形成した光反射抑制膜は、平板状のガラス基板の上に形成した場合に約４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて光反射率を低減できると推測されるものとした。具体的には、素子本体側から、Ｎｂ２Ｏ５膜（膜厚：１３．４ｎｍ）と、ＳｉＯ２膜（膜厚：９３．６ｎｍ）との積層膜がガラス基板の表面に形成される条件で光反射抑制膜を形成した。そして、光反射抑制膜を形成したフレネルレンズ及びガラス基板のそれぞれについても、透過率を測定した。結果を図６に示す。
【００４８】
（フレネルレンズ）
フレネルレンズの平面形状：矩形状
フレネルレンズの寸法：有効半径３５０ｍｍ
フレネルレンズの材質：ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
フレネルレンズの最大厚み：０．４ｍｍ
フレネルレンズのピッチ：３１．８μｍ
フレネルレンズの焦点距離：６４３ｍｍ
【００４９】
図６に示すように、ガラス基板に光反射抑制膜を形成することにより、推測通り、約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域における透過率を向上することができた。この結果から、ガラス基板に光反射抑制膜を形成することにより、推測通り、約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域における光の反射を低減できることが分かる。
【００５０】
一方、フレネルレンズに光反射抑制膜を形成した場合は、フレネルレンズに光反射抑制膜を形成しない場合と実質的に同様の光透過率となった。この結果から、平板状のガラス基板に光反射抑制膜を形成する場合と同様の設計手法により設計した光反射抑制膜をフレネルレンズ上に形成しても、実際には、光の反射を抑制できないことが分かった。
【００５１】
（実施例１）
本実験例１では、７５０ｎｍの波長の光に対して使用されるフレネルレンズの設計、作製及び評価を行った。
【００５２】
まず、上記実験例において使用したフレネルレンズのフレネルレンズ面上に光反射抑制膜２０を形成した場合の膜厚比（ｄ１／ｄ０）をシミュレーションにより求めた。シミュレーションにおいては、ターゲットから飛散する粒子の拡散が余弦則に従うと仮定し、フレネルレンズ面の形状と、フレネルレンズ面とターゲットとの距離から、フレネルレンズ面の各部分に対してターゲットのどの領域から粒子が飛散するかを計算した。そして、フレネルレンズ面の光軸上に粒子を飛散させるターゲットの面積と、フレネルレンズ面の光軸から最も離れた部分に粒子を飛散させるターゲットの面積から、膜厚比（ｄ１／ｄ０）を計算した。その結果、本実験例では、膜厚比（ｄ１／ｄ０）は、０．３と算出された。
【００５３】
このため、使用波長：７５０ｎｍを膜厚比（ｄ１／ｄ０）：０．３で除算して得られる値は、２５００ｎｍとなる。従って、光反射抑制膜の膜厚がｄ０であるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλ１を７５０ｎｍ〜２５００ｎｍとすることにより、波長域Δλ２に７５０ｎｍが含まれるようにすることができることとなる。この結果に基づいて、光反射抑制膜の設計を、公知の設計手法を用いて行った。その結果、下記の表１に示す構成の光反射抑制膜を形成することにより、波長域Δλ１を７５０ｎｍ〜２５００ｎｍとすることができるものと計算された。
【００５４】
次に、波長域Δλ１と波長域Δλ２とのそれぞれが、使用波長７５０ｎｍを含んでいることを確認した。具体的には、フレネルレンズと同一素材のガラス板上に表１に示す構成の光反射抑制膜を形成したときの光反射率を得た。その結果を、図８に示す。また、フレネルレンズと同一素材のガラス板上に、表１に示す膜厚に（ｄ１／ｄ０）＝０．３を乗じた膜厚の光反射抑制膜を形成したときの光反射率を得た。その結果を、図９に示す。
【００５５】
図８に示す結果から、本実施例において、Δλ１は、５９０ｎｍ〜２５１０ｎｍであり、Δλ１に使用波長７５０ｎｍが含まれていることが分かる。
【００５６】
また、図９から、本実施例において、Δλ２には、少なくとも使用波長７５０ｎｍが含まれていることが分かる。
【００５７】
【表１】
2011095310.tif 000003
【００５８】
次に、上記表１に示す構成の光反射抑制膜を上記フレネルレンズのフレネルレンズ面上に、スパッタリング法により形成した。その後、フレネルレンズの透過率を測定した。その結果を、フレネルレンズ単体の透過率データと共に図７に示す。
【００５９】
図７に示すように、本実験例１では、光反射抑制膜を形成することにより、７５０ｎｍにおける透過率のみならず、約３７０ｎｍ以上の広い波長域で光透過率が上昇した。
【００６０】
（実施例２）
本実施例２では、使用波長を４０５ｎｍにおいて、光反射抑制膜の膜厚がｄ０であるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλ１が４０５ｎｍ〜１３５０（＝４０５ｎｍ／０．３）ｎｍとなる光反射抑制膜を設計した。下記の表２に本実施例２における光反射抑制膜の膜構成を示す。
【００６１】
次に、波長域Δλ１と波長域Δλ２とのそれぞれが、使用波長４０５ｎｍを含んでいることを確認した。具体的には、フレネルレンズと同一素材のガラス板上に表２に示す構成の光反射抑制膜を形成したときの光反射率を得た。その結果を、図１２に示す。また、フレネルレンズと同一素材のガラス板上に、表２に示す膜厚に（ｄ１／ｄ０）＝０．３を乗じた膜厚の光反射抑制膜を形成したときの光反射率を得た。その結果を、図１３に示す。
【００６２】
図１２に示す結果から、本実施例において、Δλ１は、４００ｎｍ〜１４３０ｎｍであり、Δλ１に使用波長４０５ｎｍが含まれていることが分かる。
【００６３】
また、図１３から、本実施例において、Δλ２には、少なくとも使用波長４０５ｎｍが含まれていることが分かる。
【００６４】
次に、下記の表２に示す光反射抑制膜を、上記実施例１と同様にしてフレネルレンズ面上に形成した場合のフレネルレンズの透過率を得た。その結果を、フレネルレンズ単体の透過率データと共に図１０及び図１１に示す。
【００６５】
図１０に示すように、本実施例２においても、光反射抑制膜を形成することにより、使用波長帯域４０５ｎｍにおける透過率が上昇した。
【００６６】
また、図１１に示すように、光反射抑制膜を形成した本実施例２では、フレネルレンズの全体において、波長４０５ｎｍの光の透過率が向上していることが分かる。
【００６７】
【表２】
2011095310.tif 000004
【００６８】
（実施例３）
本実施例３では、上記実施例２と同様に、光反射抑制膜の膜厚がｄ０であるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλ１が４０５ｎｍ〜１３５０ｎｍとなる、上記実施例２とは異なる構成の光反射抑制膜を設計した。下記の表３に本実施例３における光反射抑制膜の膜構成を示す。
【００６９】
次に、波長域Δλ１と波長域Δλ２とのそれぞれが、使用波長４０５ｎｍを含んでいることを確認した。具体的には、フレネルレンズと同一素材のガラス板上に表３に示す構成の光反射抑制膜を形成したときの光反射率を得た。その結果を、図１６に示す。また、フレネルレンズと同一素材のガラス板上に、表３に示す膜厚に（ｄ１／ｄ０）＝０．３を乗じた膜厚の光反射抑制膜を形成したときの光反射率を得た。その結果を、図１７に示す。
【００７０】
図１６に示す結果から、本実施例において、Δλ１は、４００ｎｍ〜１４３０ｎｍであり、Δλ１に使用波長４０５ｎｍが含まれていることが分かる。
【００７１】
また、図１７から、本実施例において、Δλ２には、少なくとも使用波長４０５ｎｍが含まれていることが分かる。
【００７２】
次に、下記の表３に示す光反射抑制膜を、上記実施例２と同様にしてフレネルレンズ面上に形成した場合のフレネルレンズの透過率を得た。その結果を、フレネルレンズ単体の透過率データと共に図１４及び図１５に示す。
【００７３】
図１４に示すように、本実施例２においても、光反射抑制膜を形成することにより、使用波長帯域４０５ｎｍにおける透過率が上昇した。
【００７４】
また、図１５に示すように、光反射抑制膜を形成した本実施例３では、フレネルレンズの全体において、波長４０５ｎｍの光の透過率が向上していることが分かる。
【００７５】
【表３】
2011095310.tif 000005
【００７６】
これら実施例１〜３の結果から、本発明に従って設計された光反射抑制膜を用いることにより、光入出面における光の反射を効果的に抑制でき、高い透過率が得られることが分かる。
【符号の説明】
【００７７】
１…光学素子
１０…素子本体
１０ａ、１０ｂ…光入出面
１０ａ１…光入出面部
１０ａ２…光非透過面部
２０…光反射抑制膜
２０ａ…光反射抑制膜の最も膜厚が大きな部分
２０ｂ…光反射抑制膜の最も膜厚が小さな部分
【図１】
2011095310.tif 000006
【図２】
2011095310.tif 000007
【図３】
2011095310.tif 000008
【図４】
2011095310.tif 000009
【図５】
2011095310.tif 000010
【図６】
2011095310.tif 000011
【図７】
2011095310.tif 000012
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2011095310.tif 000020
【図１６】
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【図１７】
2011095310.tif 000022