(57)【要約】【課題】複数の角度の拡散特性を制御可能な方位対称性の高い光学素子を提供する。【解決手段】基板（１）と基板の上に設けられた表面層（２）とを有する光学素子（１０）であって、表面層は、少なくとも二つの周期Ｐ１、Ｐ２（μｍ）（Ｐ１＞Ｐ２）の成分を含む凹凸形状を有し、凹凸形状の高さに対するパワースペクトルは、空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２のそれぞれにおいて極大値を有し、空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２のパワースペクトルの５０％以上のパワースペクトルを示す空間周波数に対応する周期範囲をそれぞれΔＰ１、ΔＰ２、空間周波数１／（Ｐ１＋ΔＰ１）〜１／（Ｐ１−ΔＰ１）の範囲内で規格化されたパワースペクトルの積分値をＥ１、空間周波数１／（Ｐ２＋ΔＰ２）〜１／（Ｐ２−ΔＰ２）の範囲内で規格化されたパワースペクトルの積分値をＥ２、凹凸形状の高さをＨ（μｍ）とするとき、所定の条件式を満足する。【選択図】図１
2019120791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と該基板の上に設けられた表面層とを有する光学素子であって、
前記表面層は、少なくとも二つの周期Ｐ１、Ｐ２（μｍ）（Ｐ１＞Ｐ２）の成分を含む凹凸形状を有し、
前記凹凸形状の高さに対してフーリエ変換を行って得られたパワースペクトルは、空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２のそれぞれにおいて極大値を有し、
前記空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２のパワースペクトルの５０％以上のパワースペクトルを示す空間周波数に対応する周期範囲をそれぞれΔＰ１、ΔＰ２、空間周波数１／（Ｐ１＋ΔＰ１）〜１／（Ｐ１−ΔＰ１）の範囲内で規格化されたパワースペクトルの積分値をＥ１、空間周波数１／（Ｐ２＋ΔＰ２）〜１／（Ｐ２−ΔＰ２）の範囲内で規格化されたパワースペクトルの積分値をＥ２、前記凹凸形状の前記高さをＨ（μｍ）とするとき、
０．５０≦Ｅ１＋Ｅ２≦０．９９
０．５≦Ｈ≦３．０
なる条件式を満足することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記凹凸形状は、前記少なくとも二つの周期Ｐ１、Ｐ２の成分を含むランダム凹凸形状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】
前記凹凸形状は、前記表面層の一辺が前記周期Ｐ１に対して５倍以上の単位領域を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
８．０≦Ｐ１≦１８．０
２．５≦Ｐ２≦６．０
２．０≦Ｐ１／Ｐ２≦１０．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
１．２≦Ｅ１／Ｅ２≦５．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記凹凸形状の前記高さの平均値をＨＡＶ（μｍ）とするとき、
０．２５≦ＨＡＶ≦１．５０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子と、
撮像光学系により形成された被写体の像を光電変換する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
前記光学素子はピント板であることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
基板の上に少なくとも二つの周期Ｐ１、Ｐ２（μｍ）（Ｐ１＞Ｐ２）の成分を含む凹凸形状を有する表面層を形成するステップを有し、
前記凹凸形状の高さに対するパワースペクトルは、空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２のそれぞれにおいて極大値を有し、
前記空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２のパワースペクトルの５０％以上のパワースペクトルを示す空間周波数に対応する周期範囲をそれぞれΔＰ１、ΔＰ２、空間周波数１／（Ｐ１＋ΔＰ１）〜１／（Ｐ１−ΔＰ１）の範囲内で規格化されたパワースペクトルの積分値をＥ１、空間周波数１／（Ｐ２＋ΔＰ２）〜１／（Ｐ２−ΔＰ２）の範囲内で規格化されたパワースペクトルの積分値をＥ２、前記凹凸形状の前記高さをＨ（μｍ）とするとき、
０．５０≦Ｅ１＋Ｅ２≦０．９９
０．５≦Ｈ≦３．０
なる条件式を満足することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記表面層を形成するステップにおいて、乱数、または特定の形状がランダムに配置されることにより与えられるデジタルデータのランダム配列に対するフィルタリング関数のバンドパスフィルタ演算により、前記凹凸形状を形成することを特徴とする請求項９に記載の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、ピント板などの光学素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、微細な凹凸形状を有する光学素子（光拡散板）に関し、円やドットのランダム配置をシードとして周波数空間でフィルタ処理を行うことで、特定の周期のランダムパターンを作成する方法が開示されている。特許文献２には、特定の周期のランダム凹凸形状を有する光学素子光学ローパスフィルタが開示されている。特許文献１や特許文献２では、ランダム凹凸形状の周期を適切に制御することにより、ランダムでありながら特定の周期を含む形状を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１８３２８号公報
【特許文献２】特開２０１６−２１２３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１や特許文献２には、特定の周期の凹凸形状を利用して拡散性を制御する方法が開示されているが、異なる複数の周期を局所的に選択する方法、および、凹凸形状の高さの選択方法については開示されていない。このため、特許文献１や特許文献２に開示された光学素子の凹凸形状では、複数の角度の拡散特性を適切に制御することができず、良好な光学特性を得ることが難しい。
【０００５】
そこで本発明は、複数の角度の拡散特性を制御して良好な光学特性を得ることが可能な光学素子、撮像装置、および、光学素子の製造方法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】
本発明の一側面としての光学素子は、基板と該基板の上に設けられた表面層とを有する光学素子であって、前記表面層は、少なくとも二つの周期Ｐ１、Ｐ２（μｍ）（Ｐ１＞Ｐ２）の成分を含む凹凸形状を有し、前記凹凸形状の高さに対するパワースペクトルは、空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２のそれぞれにおいて極大値を有し、前記空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２のパワースペクトルの５０％以上のパワースペクトルを示す空間周波数に対応する周期範囲をそれぞれΔＰ１、ΔＰ２、空間周波数１／（Ｐ１＋ΔＰ１）〜１／（Ｐ１−ΔＰ１）の範囲内で規格化されたパワースペクトルの積分値をＥ１、空間周波数１／（Ｐ２＋ΔＰ２）〜１／（Ｐ２−ΔＰ２）の範囲内で規格化されたパワースペクトルの積分値をＥ２、前記凹凸形状の前記高さをＨ（μｍ）とするとき、所定の条件式を満足する。
【０００７】
本発明の他の側面としての撮像装置は、前記光学素子と、該光学素子からの光を受光する撮像素子とを有する。
【０００８】
本発明の他の側面としての光学素子の製造方法は、基板の上に少なくとも二つの周期Ｐ１、Ｐ２（μｍ）（Ｐ１＞Ｐ２）の成分を含む凹凸形状を有する表面層を形成するステップを有し、前記所定の条件を満足する。
【０００９】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の角度の拡散特性を制御して良好な光学特性を得ることが可能な光学素子、撮像装置、および、光学素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】各実施例における光学素子の斜視図である。
【図２】実施例１における凹凸部の２次元パワースペクトルを示す図である。
【図３】実施例１における凹凸部の１次元パワースペクトルを示す図である。
【図４】実施例１における凹凸部の光拡散特性である。
【図５】凹凸部の光拡散特性の比較図である。
【図６】実施例１における光学素子の上面図である。
【図７】実施例１における凹凸部の形状高さ分布である。
【図８】実施例２における光学素子の上面図である。
【図９】実施例２における凹凸部の２次元パワースペクトルを示す図である。
【図１０】実施例２における凹凸部の１次元パワースペクトルを示す図である。
【図１１】実施例２における凹凸部の光拡散特性である。
【図１２】実施例３における撮像装置の概略図である。
【図１３】実施例３における撮像装置の観察光学系の配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
微細な凹凸形状を有する光拡散板は、種々の光学機器に用いられている。例えば撮像装置において、被写体像をファインダーで観察する観察光学系の焦点板として、適切に光を拡散するために微細な凹凸形状を有する光学素子が用いられる。その光学素子の形状の高さや幅を制御することにより、入射する光線を接眼光学系や測光部へ導くため、または電子ビューファインダとして画像を重畳して表示するため、透過光や反射光の拡散性を制御する。本実施形態は、適切な光拡散性を得るための微細な凹凸形状を有する光学素子に関する。
【００１４】
まず、図１を参照して、本実施形態における光学素子について説明する。図１は、光学素子１０の斜視図である。光学素子１０は、基板（透明基板）１と、基板１の上に直接形成された微細な凹凸部（表面層）２とを備えて構成される。凹凸部２は、複数かつ特定範囲の周期（凹凸周期）のみを有意に含む形状を有する。図１に示される例では、凹凸部２は互いに異なる少なくとも二つの周期（周期成分）を有する。凹凸部２の二つの周期（構造ピッチ）をＰ１、Ｐ２（Ｐ１＞Ｐ２）とすると、凹凸部２は周期Ｐ１の凹凸形状と周期Ｐ２の凹凸形状とを重ね合わせた形状を有する。また凹凸部２の凹凸形状は、規則的または周期的に配置されているものではなく、ランダム性を有する。凹凸部２は、厳密に周期Ｐ１および周期Ｐ２の成分のみを有するのではなく、周期Ｐ１、Ｐ２の近傍のある範囲内の周期成分を多く含むことを意味する。このため、周期Ｐ１、Ｐ２は平均値であり、例えば特定領域内で算出される形状周期の平均値として求められる。ここで特定領域は、周期Ｐ１に対して凹凸部２の一辺の約５〜１０倍のサイズ範囲であり、形状取得の分解能は周期Ｐ２に対して１／５〜１／１０程度である。図１の例は、一辺が２００μｍ四方の凹凸形状であって、分解能４００ｎｍとして取得された範囲の一部を切り出して示している。
【００１５】
規則的に配列された凹凸形状の場合、凸部または凹部の形状の極値を取り、その間の距離に基づいて凹凸形状の周期を算出することができる。しかし、複数の周期が含まれる凹凸形状やランダム形状の形状周期に対しては、前述のような幾何的な形状周期および平均値の算出が困難である。このため、特定領域内で取得した形状高さに対してフーリエ変換を行い、得られたパワースペクトルのピーク位置における空間周波数から求めた値を周期Ｐ１、Ｐ２等とする方法を用いる。すなわち、凹凸部２の高さ（形状高さ、基準面（最下面）からの距離）に対してフーリエ変換を行って得られたパワースペクトルは、空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２のそれぞれにおいて極大値を有する。ここで、空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２において極大値を有するとは、厳密に空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２において極大値を有する場合に限定されるものではなく、空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２の近傍に極大値を有する場合を含む意味である。
【００１６】
凹凸部２は、周期Ｐ１、Ｐ２のみを主に含む形状である。このため、周期Ｐ１に対応するパワースペクトルの積分値Ｅ１、周期Ｐ２に対応するパワースペクトルの積分値Ｅ２とするとき、積分値Ｅ１＋Ｅ２が占める割合は５０％以上となり、以下の条件式（１）を満足する。
【００１７】
０．５０≦Ｅ１＋Ｅ２≦０．９９  …  （１）
ここで、Ｅ１は空間周波数１／（Ｐ１＋ΔＰ１）〜１／（Ｐ１−ΔＰ１）の範囲内で規格化されたパワースペクトルの積分値であり、Ｅ２は空間周波数１／（Ｐ２＋ΔＰ２）〜１／（Ｐ２−ΔＰ２）の範囲内で規格化されたパワースペクトルの積分値である。積分値Ｅ１、Ｅ２はそれぞれ、各空間周波数のパワースペクトルを前述の空間周波数の範囲内において積分して得られる。ここで、Ｐ１±ΔＰ１、Ｐ２±ΔＰ２は、厳密にはピーク位置である空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２のそれぞれのパワースペクトル（強度）をガウス分布でフィッティングしたときの半値幅である。また、ΔＰ１、ΔＰ２は、周期Ｐ１、Ｐ２のピーク強度比５０％以上の範囲である。ここで、周期Ｐ１、Ｐ２のピーク強度比５０％以上の範囲とは、空間周波数１／Ｐ１、１／Ｐ２のそれぞれのパワースペクトル（ピーク強度）の５０％以上のパワースペクトル（強度）を示す空間周波数に対応する周期範囲である。ただし、実際には周期Ｐ１、Ｐ２のピーク値の２０％の範囲を目安としている。なお、厳密な形状の周期は、ピーク値の近傍に分布するパワースペクトルの重み付け平均値を用いて算出される。
【００１８】
図２は、凹凸部２の２次元パワースペクトルを示す図であり、凹凸部２の形状高さに対する２次元パワースペクトルを空間周波数として示している。図３は、凹凸部２の１次元パワースペクトルを示す図であり、図２の２次元パワースペクトルに関して、横軸を空間周波数、縦軸を強度としてその総和が１となるように１次元プロットしたグラフを示す。
【００１９】
図２および図３からわかるように、２つの周期に対応した空間周波数にパワースペクトルが集中している。図３におけるパワースペクトルのピーク付近の積分値をＥ１、Ｅ２とすると、積分値Ｅ１＋Ｅ２は全体の５０％以上となっている。なお、形状取得の際やフーリエ変換において予期しないピーク等が発生する場合もあるが、本実施形態では、ピーク位置における規格化パワースペクトルの積分値が５％に満たない成分は形状周期として考慮しない。本実施形態の凹凸部２は、特定の周期の構造のみを有意に含むことで光拡散性を制御するため、例えば積分値が５％に満たない微小なピークが複数存在する形状等は光拡散への寄与は小さい。
【００２０】
凹凸部２は、特定の方向に対する周期の偏りが小さい。図２からわかるように、パワースペクトルは特定の方位に強度が偏ることなく等方的に、各方位に均等に分布している。これは、凹凸部２が特定の周期を有しつつも規則的に配列することなく、形状全体で考えると基本形状が各方位にランダムに配列していることを示している。すなわち凹凸部２の凹凸形状は、繰り返し周期性を有しないランダム凹凸形状である。
【００２１】
図４は、凹凸部２の形状高さ（ＰＶ値）が１６００ｎｍの場合において平行光が入射したときの光拡散特性（角度分布）である。図４の縦軸、横軸はそれぞれ互いに直交する２方向の角度ｄｅｇを示し、それぞれ±１５ｄｅｇの範囲を示している。光拡散特性は、０次項成分、周期Ｐ１（平均周期Ｐ１ＡＶ）に由来する１次回折成分、および、周期Ｐ２（平均周期Ｐ２ＡＶ）に由来する１次回折成分に集中しており、その他の角度への拡散は低く抑制されている。その結果、周期Ｐ１に由来する回折角度近傍および周期Ｐ２に由来する回折角度近傍のみに光拡散性を有する光学素子１０が得られる。
【００２２】
次に、凹凸部２の高さ（形状高さ）について説明する。本実施形態の光学素子１０は、凹凸部２が特定の周期を有し、かつ、凹凸部２の形状高さにより光拡散特性を制御する。凹凸部２の周期は拡散角度に対するパラメータであるのに対し、形状高さは光拡散特性の強度に対するパラメータである。光学素子１０において、凹凸部２の形状高さ（ＰＶ値）をＨ（μｍ）とするとき、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
【００２３】
０．５≦Ｈ≦３．０  …  （２）
条件式（２）を満足することにより、制御された形状周期に対応した光拡散特性を有する光学素子１０を得ることができる。凹凸部２の形状高さＨが０．５μｍ以下の場合、光拡散性が著しく低下し、好ましくない。一方、凹凸部２の形状高さＨが３．０μｍ以上の場合、凹凸形状に由来したブロードな光拡散特性となり、好ましくない。なお、形状高さＨは凹凸部２の最大高さと最小高さとの差（ＰＶ値）であるが、測定上検出されるスパイクや意図しない形状など前述の周期から大きく外れた周波数の構造を除外することができる。
【００２４】
ここで、形状高さ依存性の説明のために、簡略化した例として平均周期１０μｍのみのランダム凹凸形状を考える。２つの周期Ｐ１、Ｐ２の重ね合わせの場合、それぞれの形状高さを独立に考慮すればよい。図５（ａ）は、平均周期１０μｍ、形状高さ１２００ｎｍの凹凸部２の遠方での光拡散特性である。図５（ｂ）、（ｃ）は、形状高さを図５（ａ）の１／２である６００ｎｍにした場合と、図５（ａ）の２倍である２４００ｎｍにした場合の光拡散特性である。
【００２５】
図５（ａ）では、周期１０μｍに由来する１次回折光が同心円状に分布していることがわかる。形状高さが低い図５（ｂ）の場合、拡散分布は大きくは変化しないが、回折光の強度が低下して０次光（素通し）成分が増大する。一方、形状高さが高い図５（ｃ）の場合、拡散分布特性自体が変化し、次数に依存しないブロードな拡散特性が支配的となる。
【００２６】
これは、凹凸部２のランダム性に起因すると考えられる。特定の周期による回折が効率よく生じるためには、広範囲で均一な周期かつ隣り合う形状の高さ（位相差）が一様に揃っていることが好ましい。それにより、特定の方向への強め合いが生じて回折光が生じる。しかし、凹凸部２において、近傍の凹凸間の距離（周期）は一定に保たれているが、ランダム性により３〜５周期以上の距離に対する周期性は著しく低下する。加えて、形状高さは正規分布的になっている。凹凸部２の形状高さが低い（凹凸で生じる位相差が小さい）場合、高さ分布を有しつつも所定の周期により一定の割合で回折が生じる。凹凸部２の形状高さが増大していくと、凹凸形状の段差で生じる位相差のばらつきも増大する。これは、強め合いと弱めあいが同時に含まれる度合いが増大することを意味し、構造による回折効率は低下する。その結果、回折ではなく凹凸形状をマイクロレンズとみなしたような拡散分布特性となる。
【００２７】
この場合、光拡散性は、実質的には凹凸部２の表面形状の曲率により制御される。なお、本実施形態の凹凸部２は、所定の範囲に制御された形状周期と形状高さを有するため、表面形状の曲率もある一定の範囲に抑制される。ブロードな光拡散性を得たい場合、そのような形状でもよいが、複数の形状の周期に応じて光拡散性を制御するには、凹凸部２の形状高さＨは条件式（２）の範囲内に収まるように設定することが好ましい。条件式（２）の下限値を下回る場合、凹凸部２により得られる光拡散性が著しく低下する。一方、（２）式の上限値を上回る場合、２つの周期が均等な形状高さで足し合わされたとしてもブロードな拡散特性が支配的となり、本発明の目的にそぐわない。
【００２８】
条件式（２）の形状高さＨはＰＶ値（最大高さと最小高さとの差）であるが、より好ましくは、凹凸部２の高さ（形状高さＨ）の平均値（平均高さ）をＨＡＶ（μｍ）とするとき、以下の条件式（３）を満足する。
【００２９】
０．２５≦ＨＡＶ≦１．５０  …  （３）
本実施形態の凹凸部２は、凹凸形状の周波数制御の性質上、正弦波的な形状に近づくため、形状高さも正規分布的な分布を示す。平均値ＨＡＶは形状高さＨ（ＰＶ値）の略半分となるため、形状高さＨの１／２の値であることが好ましい。
【００３０】
凹凸部２の周期Ｐ１、Ｐ２については様々な値を選択すればよい。好ましくは、異なる拡散角度分布を制御する観点から、周期Ｐ１、Ｐ２の比Ｐ１／Ｐ２は、２．０≦Ｐ１／Ｐ２≦１０．０の範囲にあることが好ましい。ただし、同様に単一周期の規則形状をフーリエ変換することにより現れる２倍の周期の成分などは本発明の構成には含まない。より具体的には、周期Ｐ１（μｍ）は、８．０≦Ｐ１≦１８．０の範囲にあることが好ましく、周期Ｐ２（μｍ）は２．５≦Ｐ２≦６．０の範囲にあることが好ましい。周期Ｐ２を２．５μｍよりも小さくすると、拡散角度と効率のバランスがとりにくいことに加えて、形状高さの増大によりアスペクト比が高くなり製造難度が増大する。一方、周期Ｐ１を１８μｍよりも大きくすると、局所的なばらつきの影響が増大する。特にスクリーンやピント板（焦点板）のように画像の結像位置に配置される場合、局所的なばらつきがムラとして視認され、品位が低下する懸念がある。
【００３１】
光学素子１０の凹凸部２の凹凸形状の設計においては、様々な手法を用いて設計することができる。ランダム性を有しつつ、かつ特定の周期のみを有意に含む形状を作成する方法としては、例えば乱数（２次元乱数分布）に対して周波数フィルタリングを施す方法がある。または、特定の形状がランダムに配置されることにより与えられるデジタルデータのランダム配列に対するフィルタリング関数を利用してもよい。
【００３２】
例えば、まずデジタルデータとして２次元乱数分布を用意する。この分布は、広帯域に渡って一様な強度の周波数を含む。この分布に対してバンドパスフィルタ演算を行い、特定周波数のみ抽出するフィルタリング処理を行う。この演算は、周波数空間上の積演算で行っても、実空間で畳み込みを行う方法でもよい。これにより、元の２次元乱数分布に含まれる周波数成分のうち特定周波数の成分のみを抽出することができる。その結果、特定周波数を有しつつランダム、すなわち方位依存性のない２次元分布が得られる。異なる複数の周期を含む形状を得る方法としては、周波数フィルタリングを施す際に２つの周波数帯域のバンドパスとなるようにする方法がある。または、周期Ｐ１の形状および周期Ｐ２の形状をそれぞれ用意し、これらの２つの形状を足し合わせることで得ることもできる。異なる周期のパワースペクトルを制御する場合、周期Ｐ１の凹凸形状および周期Ｐ２の凹凸形状をそれぞれ規格化し、係数をかけて足し合わせることで簡易に作成可能である。このように本実施形態において、凹凸形状（ランダム凹凸形状）は、乱数、または特定の形状がランダムに配置されることにより与えられるデジタルデータのランダム配列に対するフィルタリング関数のバンドパスフィルタ演算により形成することができる。
【００３３】
また、前述の処理は光学素子１０の全体に対して行うことも可能であるが、凹凸形状の周期と光学素子１０のサイズにより、用意すべき乱数データのサイズが大き過ぎる場合がある。そのような場合、特定の領域サイズの凹凸形状を繰り返し並べて敷き詰めるように配置してもよい。このとき、１つの繰り返し領域（単位領域）は周期Ｐ１に対して十分大きなサイズであることが好ましい。凹凸部２の凹凸形状は、周期Ｐ１の５倍以上の単位領域の繰り返しであることがより好ましい。上記のサイズにすることにより、周期Ｐ１のランダム性を十分に確保することができる。また、繰り返し領域の接続部が滑らかに接続されていることが好ましい。ここで、滑らかに接続されているとは、具体的には周期Ｐ２の１／１０のサイズ内で凹凸形状の形状高さＨの１０％以上の段差が生じないことを意味する。接続が滑らかに行われないと、段差により設計にない周波数が生じるだけでなく、目視でも繰り返し構造が視認されて光学素子の品位を損なう場合がある。ランダムな凹凸形状において領域を滑らかに接続するには、例えば、予め用意したランダムデータ配列を単位領域の上下左右斜めの隣接部に繰り返し配置し、前述のフィルタリング処理を行った上で、元の単位領域を抽出する方法がある。フィルタリング処理の時点で乱数分布に繰り返し性を持たせておくことで、単位構造の境界を滑らかに接続することができる。境界の平滑化は上記方法以外でもよいが、凹凸形状を繰り返し配列して光学素子を形成する際は、境界面で滑らかに接続されていることが好ましい。
【００３４】
本実施形態の光学素子１０の凹凸部２は、任意の材料で作成することができるが、例えばフォトリソグラフィやナノインプリントで作製されることが好ましい。また、凹凸部２の材質は限定されるものではなく、簡易さの観点からはフォトリソグラフィのフォトレジスト材料をそのまま用いることや、型を用い、熱やＵＶで硬化する材料を用いて成型法により作成する方法がある。反りや耐久性などの観点を重視する場合、無機材料であることが好ましい。用途に応じて最適な製法や構成を選択すればよく、前述の各製法は一例に過ぎず、本発明の効果を限定するものではない。
【実施例１】
【００３５】
次に、本発明の実施例１における光学素子（ピント板）１０について説明する。図１は、本実施例における光学素子１０の斜視図である。図６は、光学素子１０の上面図であり、±１００μｍの範囲を示している。図１に示されるように、光学素子１０は、基板（透明基板）１と、基板１の上面に設けられた凹凸部（表面層）２とを備えて構成される。基板１の裏面には、フレネルレンズや反射防止膜など仕様に応じた構成が付与される（不図示）。凹凸部２は、１５μｍの周期Ｐ１（平均周期Ｐ１ＡＶ）と３．５μｍの周期Ｐ２（平均周期Ｐ２ＡＶ）とが重ね合わされたランダム構造を有する。図７は、凹凸部２の形状高さ分布（ヒストグラム）である。図７において、横軸は形状高さ、縦軸は度数をそれぞれ示す。凹凸部２の最大高さと最小高さとの差（ＰＶ値）は１．６μｍである。また、形状高さは正規分布的に分布しており、平均高さは０．８μｍである。
【００３６】
図２および図３は、本実施例の凹凸部２の形状高さに対するパワースペクトルを空間周波数で示す。凹凸部２は、６４（ｍｍ−１）と３１０（ｍｍ−１）にピークを有し、周期（平均周期Ｐ１ＡＶ、Ｐ２ＡＶ）に換算するとそれぞれＰ１ＡＶ＝１５．６（μｍ）、Ｐ２ＡＶ＝３．２３（μｍ）となる。それぞれのピークのパワースペクトルに対する、ピーク強度の２５％以上の領域内での積分値をＥ１、Ｅ２とすると、Ｅ１は０．２８９、Ｅ２は０．３３７、合計０．６２６となり、これらの２つの成分でパワースペクトルの５０％以上を占めていることがわかる。２つのピーク値および積分値の比は同程度である。すなわち凹凸部２は、２つの周期Ｐ１、Ｐ２それぞれの形状高さが略均等なランダム構造となっている。
【００３７】
図４は、本実施例の凹凸部２の光拡散特性である。本実施例の凹凸部２は、周期Ｐ１による低角度の回折と周期Ｐ２による高角度の回折とを重ね合わせた分布を有する。これにより、ファインダーに向かう光と測光センサに向かう光を適切に制御し、ピント板として良好な特性を得ることができる。
【実施例２】
【００３８】
次に、本発明の実施例２における光学素子（ピント板）２０について説明する。図８は、光学素子２０の上面図であり、±１００μｍの範囲を示している。本実施例の光学素子２０は、図１に示される実施例１の光学素子１０と略同一の構成であるが、凹凸部２の２つの周期Ｐ１、Ｐ２の比率が実施例１とは異なる。凹凸部２の最大高さと最小高さとの差（ＰＶ値）は１．８μｍである。また、凹凸部２の形状高さは正規分布的に分布しており、平均高さは０．９μｍである。
【００３９】
図９および図１０は、本実施例の凹凸部２の形状高さに対するパワースペクトルを空間周波数で示す。凹凸部２は、６４（ｍｍ−１）と３１０（ｍｍ−１）にピークを有し、周期（平均周期Ｐ１ＡＶ、Ｐ２ＡＶ）に換算すると、それぞれＰ１ＡＶ＝１５．６（μｍ）、Ｐ２ＡＶ＝３．２３（μｍ）となる。それぞれのピークのパワースペクトルに対する、ピーク強度の２５％以上の領域内での積分値をＥ１、Ｅ２とすると、Ｅ１は０．４２２、Ｅ２は０．２２２、合計０．６４４となり、これらの２つの成分でパワースペクトルの５０％以上を占めていることがわかる。２つの積分値Ｅ１、Ｅ２の比Ｅ１：Ｅ２は約２：１である。すなわち凹凸部２は、周期Ｐ１に由来する形状高さが周期Ｐ２の形状高さに対して約２倍となるランダム構造となっている。本実施形態において、積分値Ｅ１、Ｅ２は、１．２≦Ｅ１／Ｅ２≦５．０を満足することが好ましい。
【００４０】
図１１は、本実施例の凹凸部２の光拡散特性である。本実施例の凹凸部２は、周期Ｐ１による低角度の回折と周期Ｐ２による高角度の回折とを重ね合わせた分布を有する。本実施例では、周期Ｐ２の占める成分が低減したことにより、実施例１の分布に比べて周期Ｐ１に由来する低角度の拡散成分が強まり、周期Ｐ２に由来する角度の大きな成分が弱まっている。このように、所定の形状高さの範囲内で２つの周期の（形状高さの）比率を制御することにより、拡散光の強度分布を制御することができる。
【実施例３】
【００４１】
次に、本発明の実施例３における撮像装置について説明する。図１２は、撮像装置１００の概略図である。図１３は、撮像装置１００のファインダー付近の光学系（観察光学系）の配置図である。
【００４２】
撮像装置１００は、被写体からの光を撮像光学系（撮像レンズ）１０１、可動ミラー１０２を介して撮像センサ１０９と光学的に共役な位置に配置されたピント板１０３に結像させる。ピント板１０３は、接眼光学系１０５および測光／測色光学系１０７のそれぞれに適切に光を拡散させるために設けられている。ピント板１０３に結像した画像は、ペンタプリズム１０４で複数回反射した後、接眼光学系（接眼レンズ）１０５により撮影者の眼１０６に結像される。また一部の光は、測光／測色光学系１０７により測光／測色センサ１０８に導かれる。撮影条件を決定した後、被写体からの光は撮像センサ（撮像素子）１０９に結像され、画像が得られる。このように撮像センサ１０９は、撮像光学系１０１により形成された被写体の像を光電変換して画像データを出力する。撮像装置１００において、前述の各実施例の光学素子１０、２０をピント板（焦点板）１０３として用いることにより、接眼光学系１０５および測光／測色光学系１０７のそれぞれに適切に光を拡散させる。その結果、被写体像を観察しやすく、かつ測光、測色に十分な光量が得られ、品位の高い画像を得ることができる。
【００４３】
各実施例によれば、複数の角度の拡散特性を制御して良好な光学特性を得ることが可能な光学素子、撮像装置、および、光学素子の製造方法を提供することができる。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  基板
２  凹凸部（表面層）
１０  光学素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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