(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面上に、複数の曲面部が隙間なく配置された凹凸構造を備え、
前記複数の曲面部は、頂点の深さが異なる３以上の曲面部を含み、
前記凹凸構造は、隣接する他の曲面部との頂点間距離である隣接頂点間距離として、３以上の値を有し、
前記凹凸構造における前記隣接頂点間距離の分布における、最多頻度の前記隣接頂点間距離または全ての前記隣接頂点間距離の平均に対応する中心域と前記隣接頂点間距離の最大値および最小値に対応する周辺域の頻度の比が１／８以上であり、
前記複数の曲面部の各々は、当該曲面部の頂点から最も近い他の曲面部との境界部までの高さを有する部位の曲面形状が該頂点を通る前記主表面と垂直な軸に対して回転対称であり、
前記凹凸構造における前記隣接頂点間距離は、前記中心域の距離に対して±３０％以内に分布する
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記凹凸構造は、所定の深さの水準に、前記複数の曲面部の各々の頂点の深さが略一致する割合が全体の７５％未満である
請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記複数の曲面部の各々は、略同一の非球面係数を有する曲面形状である
請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記凹凸構造は、４以上の曲面部からなる単位構造が周期的に配された
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記複数の曲面部の各頂点は、ある１つの曲面部の頂点位置を基準に、平面視において、交差する関係にある２つの単位ベクトルと前記単位ベクトルの各々の方向における距離を表す複数の定数とによって表される位置に配置されている
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記凹凸構造が形成されている側から平行光を入射したときの当該素子からの光の出射角度が７．８°以上である
請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記凹凸構造は、前記複数の曲面部の曲率半径の平均をＲａｖｅ、前記複数の曲面部の各々の頂点から隣接する他の曲面部との境界までの距離の平均をｒａｖｅとした場合の、比ｒａｖｅ／Ｒａｖｅが１／４以上である
請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
光源からの光を所定の投影面に投影する投影装置であって、
前記請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の光学素子を備えた
ことを特徴とする投影装置。
【請求項９】
投影装置から照射される検査光が測定対象物に照射されることによって発生する散乱光を検出する検出部を備えた計測装置であって、
前記投影装置が、請求項８に記載の投影装置である
ことを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、投影装置および計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズアレイ構造を有する素子は、入射する光線を所定の範囲に効率よく拡散できる光学素子であるが、一般的に、規則性のある凹凸構造に光線が入射すると回折が生じ、出射側、例えば投影面上に一様でない光強度分布が生じる。このような光強度分布を抑制できる素子として、ランダムな凹凸構造を有する拡散素子が挙げられる。ここで、ランダムな凹凸構造とは対象領域において一律な規則性や周期性を有していない凹凸構造のことである。
【０００３】
ところが、このようなランダムな凹凸構造にレーザー光のようなコヒーレントな光を照射すると、スペックルパターンやスペックルノイズと呼ばれるレーザー光の干渉模様が投影面上に生じる場合がある。
【０００４】
このようなスペックルパターンを低減する技術の一例として、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、基板上に、隣接するマイクロレンズとの頂点間隔が等距離となるように複数種のマイクロレンズを配列したマイクロ構造体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のマイクロ構造体は、互いに異なる曲率半径と異なる面積を有する３種類以上のマイクロレンズを同一ピッチで配置しているが、例えば、マイクロレンズの種類が少ない場合、周期構造に起因した回折パターンが発生するという問題がある。また、各マイクロレンズの平面視における外縁が非対称な形状であると、出射パターンに、その外縁形状に由来する非対称性が出やすいという問題がある。
【０００７】
また、互いに曲率半径の異なる複数のマイクロレンズからなる凹凸構造は、ガラスなどの無機材料に直接加工するのが難しく、とくに、ウェットエッチングなどの加工方法を用いる場合には、複数回の加工を繰り返す必要があり、生産性の低下も懸念される。
【０００８】
そこで、本発明は、スペックルノイズと回折パターンの両方を抑制しつつ、入射する光を効率よく拡散できる光学素子、投影装置および計測装置の提供を目的とする。また、本発明は、さらに加工が容易な光学素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による光学素子は、主表面上に、複数の曲面部が隙間なく配置された凹凸構造を備え、前記複数の曲面部は、頂点の深さが異なる３以上の曲面部を含み、前記凹凸構造は、各曲面部の頂点から隣接する他の曲面部との頂点間距離である隣接頂点間距離として、３以上の値を有し、前記凹凸構造における前記隣接頂点間距離の分布における、最多頻度の前記隣接頂点間距離または全ての前記隣接頂点間距離の平均に対応する中心域と前記隣接頂点間距離の最大値および最小値に対応する周辺域の頻度の比が１／８以上であり、前記複数の曲面部の各々は、当該曲面部の頂点から最も近い他の曲面部との境界部までの高さを有する部位の曲面形状が該頂点を通る前記主表面と垂直な軸に対して回転対称であり、前記凹凸構造における前記隣接頂点間距離は、前記中心域の距離に対して±３０％以内に分布することを特徴とする。
【００１０】
また、前記凹凸構造は、所定の深さの水準に、前記複数の曲面部の各々の頂点の深さが略一致する割合が全体の７５％未満であってもよい。
【００１１】
また、前記複数の曲面部の各々は、略同一の非球面係数を有する曲面形状であってもよい。
【００１２】
また、前記凹凸構造は、４以上の曲面部からなる単位構造が周期的に配されていてもよい。
【００１３】
また、前記複数の曲面部の各頂点は、ある１つの曲面部の頂点位置を基準に、平面視において、交差する関係にある２つの単位ベクトルと前記単位ベクトルの各々の方向における距離を表す複数の定数とによって表される位置に配置されていてもよい。
【００１４】
また、本発明による光学素子は、前記凹凸構造における前記隣接頂点間距離の分布範囲が、基準の距離に対して±３０％以内であってもよい。
【００１５】
また、本発明による光学素子は、前記凹凸構造が形成されている側から平行光を入射したときの当該素子からの光の出射角度が７．８°以上であってもよい。
【００１６】
また、前記凹凸構造は、前記複数の曲面部の曲率半径の平均をＲａｖｅ、前記複数の曲面部の各々の頂点から隣接する他の曲面部との境界までの距離の平均をｒａｖｅとした場合の、比ｒａｖｅ／Ｒａｖｅが１／４以上であってもよい。
【００１７】
また、本発明による投影装置は、光源からの光を所定の投影面に投影する投影装置であって、上述した光学素子のいずれかを備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明による計測装置は、投影装置から照射される検査光が測定対象物に照射されることによって発生する散乱光を検出する検出部を備えた計測装置であって、投影装置として、上述した投影装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、スペックルノイズと回折パターンの両方を抑制しつつ、効率よく光を拡散できる光学素子、投影装置および計測装置を提供できる。また、本発明によれば、加工が容易な光学素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による光学素子の例を示す構成図である。
【図２】光学素子１０の凹凸構造の例を示す平面図である。
【図３】光学素子１０の凹凸構造における曲面部の配置例を示す説明図である。
【図４】曲面部の頂点がランダム配置された凹凸構造の例を示す説明図である。
【図５】本発明の光学素子における隣接頂点間距離の分布の一例を示す説明図である。
【図６】比ｒ／Ｒと境界の傾斜角度θとの関係の例を示す説明図である。
【図７】傾斜角度θと出射角度αの関係を示す説明図である。
【図８】凹凸構造の加工方法の一例を示す説明図である。
【図９】本発明による光学素子の他の構成例を示す構成図である。
【図１０】第１の例の光学素子の凹凸構造の一部および隣接頂点間距離の頻度分布を示す説明図である。
【図１１】第１の例の光学素子の出射光の光量分布を示す説明図である。
【図１２】第２の例の光学素子の凹凸構造における曲面部の配置を示す説明図である。
【図１３】第２の例の光学素子の凹凸構造の一部および隣接頂点間距離の頻度分布を示す説明図である。
【図１４】第２の例の光学素子の出射光の光量分布を示す説明図である。
【図１５】第３の例の光学素子の凹凸構造の一部および出射光の光量分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である光学素子の例を示す構成図である。なお、図１（ａ）は、本実施形態の光学素子１０の模式平面図であり、図１（ｂ）は該光学素子１０における凹凸構造１１の例を示す平面図であり、図１（ｃ）は該光学素子１０の模式断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本実施形態の光学素子１０は、主表面１２の少なくとも有効領域１３を覆うように、複数の曲面部１４からなる凹凸構造１１を有する。ここで、有効領域１３は、例えば、当該光学素子１０において光が入射する受光領域であってもよい。また、凹凸構造１１は、図１（ｃ）に示すように、例えば、基材１５の表面に直接形成されていてもよい。このとき、基材１５としてガラスや樹脂材料を使用できる。また、凹凸構造１１は、基材１５にガラスを用いる場合、後述するようにウェットエッチングなどの方法を利用して形成されてもよい。また、凹凸構造１１は、基材１５が樹脂材料の場合、射出成型などの方法を利用して形成されてもよい。このときの型としてガラスをエッチング加工したものを基にして作製した電鋳型を利用できる。また、凹凸構造１１は、樹脂材料を基材１５にインプリントしたものであってもよい。この場合も、型としてガラスをエッチング加工したものを基にして作製した電鋳型を利用できる。
【００２２】
凹凸構造１１において、曲面部１４の各々は、非球面式でフィッティングを行ったときに、略同一の非球面係数を有している。ここで、略同一とは、主表面上の連続した所定領域（例えば、有効領域１３）内の曲面部１４の各々を非球面式でフィッティングを行ったときに、曲率半径の標準偏差と曲率半径の平均と、の比が所定の範囲に入る状態をいう。ここで、具体的な（比の）所定の範囲は、１／４以下が好ましく、１／８以下がより好ましく、１／１６以下が更に好ましい。例えば、凹凸構造１１における曲面部１４の各々は、当該凹凸構造１１における各曲面部１４の曲率半径の標準偏差と曲率半径の平均と、の比が少なくとも１／４以下となる非球面係数を有する曲面形状であってもよい。これは、平均に対する標準偏差の比が小さい方が、ばらつきがより少ないことから、安定した加工ができると考えられるためである。なお、非球面式のフィッティングにおいては、複数の非球面係数を用いてフィッティングを行うため、ある局所解にフィッティングされる場合がある。その場合において、各曲面部１４が球面に近似できる場合には、球面式でフィッティングを行ってもよい。
【００２３】
また、凹凸構造１１は、頂点の深さが異なる曲面部１４を少なくとも２以上有していることが好ましい。換言すると、凹凸構造１１において、曲面部１４の頂点の深さの最大値と最小値が異なっていると好ましい。このとき、曲面部１４の頂点の深さのある水準に、各曲面部１４の頂点が略一致する割合が全体の７５％未満となるように配置するとよい。こうすることで曲面部１４の頂点の深さが同一となることで発生する回折の影響を低減できる。また、曲面部１４の頂点の深さのある水準に、各曲面部１４の頂点が略一致する割合が全体の５０％未満となるよう配置するとより好ましい。ここで、略一致するとは、入射する光の波長をλとして、基準とされた水準に対して±λ／１６未満をいう。なお、頂点の深さの最大値と最小値が異なる場合、凹凸構造１１における曲面部１４の頂点の深さの水準は２以上となるが、（互いに異なる）深さの水準は８以上が好ましい。また、各曲面部１４の頂点の深さ位置は、明確に区別できる離散的な水準に配置される場合以外にも、ある深さの範囲に多数の頂点の深さの水準が分布するようにしていてもよい。また、頂点の深さの最大値と最小値の差は、入射する光の波長をλとしてλ／８以上とでき、λ以上が好ましい。こうすることで頂点の深さの水準間の距離を大きくでき、頂点の深さの水準が同一となることで発生する回折の影響を低減できる。また、頂点の深さの最大値と最小値の差は２０λ以下が好ましく、１０λ以下がより好ましい。これは、頂点の深さの最大値と最小値の差が大きくなることで曲面部１４の均一性が低減し、不要な拡散光が発生するのを防ぐためである。なお、図１（ｃ）には、複数の凹型の曲面部１４の集合体の凹凸構造１１の例が示されているが、凹凸構造１１は複数の凸型の曲面部１４の集合体であってもよい。
【００２４】
また、凹凸構造１１において曲面部１４の頂点間の距離は一定ではなく、ばらつきを有している。具体的に凹凸構造１１は、隣接する曲面部１４どうしの頂点間の距離である隣接頂点間距離として、２以上の値を有する。すなわち、凹凸構造１１は、当該凹凸構造１１に含まれる全ての曲面部１４を対象に隣接頂点間距離を求めた場合に、該隣接頂点間距離の集合に異なる値が含まれていればよい。ここで、頂点間の距離は、図１（ａ）に示すＸ−Ｙ平面の平面視における頂点間の距離であり、奥行き方向（Ｚ方向）は考慮しない。また、有効領域１３内で曲面部１４の数は１００個以上が好ましく、１０００個以上がより好ましい。また、各曲面部１４の隣接頂点間距離の平均値は１ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下がより好ましい。また、隣接頂点間距離として３以上の値を有するのが好ましく、５以上の値であるとより好ましい。こうすることで曲面部１４の均一性に由来する回折の影響を低減できる。
【００２５】
図２は、図１（ｂ）に示した凹凸構造１１の一部を拡大して示した平面図である。本実施形態の光学素子１０において、凹凸構造１１は、図２に示すように、複数の曲面部１４が集合した基本単位１１１が隙間なく周期的に配されていてもよい。すなわち、凹凸構造１１は、複数の曲面部１４からなる基本単位１１１の繰り返し構造を含んでいてもよい。図２に示す例において、凹凸構造１１は、第１方向および第２方向に沿って５×５列に並べられた２５個の曲面部１４からなる基本単位１１１の繰り返し構造を含む。なお、図２では、基本単位１１１の境界の一例を太線の実線で示しているが、基本単位１１１の境界はとくに限定されない。例えば、図２において太線の破線で示される境界を、基本単位１１１の境界とみなしてもよい。
【００２６】
また、図３は、凹凸構造１１における曲面部１４の配置例を示す説明図である。なお、図３では、基本単位１１１の境界として図２における太線の実線で示した境界を用いている。また、バツ（×）印は、曲面部１４の頂点位置を表している。図３に示すように、凹凸構造１１は、曲面部１４の各頂点を、平面視において２つの単位ベクトル方向の直線（図中の破線）の交点となるように配置してもよい。なお、図３において、単位ベクトル方向のうちの１つである第１方向の直線は、基本単位１１１の左上の頂点位置を基準に、第２方向上の距離で順にＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５ずつ離れている。また、単位ベクトル方向のうちの１つである第２方向の直線は、基本単位１１１の左上の頂点位置を基準に、第１方向上の距離で順にＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５ずつ離れている。換言すると、図３に示す例において、曲面部１４の各頂点は、ある１つの曲面部の頂点位置を基準に、平面視において、交差する関係にある２つの単位ベクトルと前記単位ベクトルの各々の方向における距離を表す複数の定数とによって表される位置に配置されている。以下、該単位ベクトルのことを格子ベクトルという。ここで、格子ベクトルの各方向における距離を表す定数は、基本単位１１１内において２以上あるのが好ましい。また、格子ベクトルの各方向における距離を表す定数が基本単位１１１内において全て異なっていてもよい。なお、当該複数の定数は、該２つの格子ベクトル方向を座標軸とする平面座標系において対応する座標軸上の目盛間隔の繰り返しパターンとして用いられ、各々凹凸構造１１における各格子ベクトル方向における隣接頂点間距離となる。
【００２７】
このように、基本単位１１１内の各曲面部１４は、曲面部１４の各頂点のうちのある１つの曲面部の頂点位置を基準に、平面視において、２つの格子ベクトルと前記格子ベクトルの各々の方向における距離を表す複数の定数とによって表される位置に頂点を配置すると、容易に隣接頂点間距離の分布を制御できる。
【００２８】
凹凸構造１１が基本単位１１１の繰り返し構造を含む場合において、基本単位１１１内に含まれる曲面部１４の数は、少なすぎると回折の影響が出やすくなるため、４個以上が好ましく、１０個以上がより好ましく、２５個以上がさらに好ましい。また、図１〜図３に示した例では、曲面部１４の配置例として、各曲面部１４に対して隣接する他の曲面部１４の頂点を結んだ際の形状が六角形となるように配置した例を示しているが、該形状は六角形に限らない。すなわち、曲面部１４の配置は、例えば、２つの格子ベクトル方向が直交する場合のように、各曲面部１４に対して隣接する他の曲面部１４の頂点を結んだ際の形状が四角形（菱形）になる配置でもよい。ただし、領域の周辺部や一部配置が乱れるような領域にある曲面部１４に対しては上記の限りではない。例えば、２つの格子ベクトル方向が直交する場合、各曲面部１４の平面視における外縁形状は四角形に近似される形状となるが、角に相当する部位で他の曲面部１４と接する場合がある。その場合には、当該他の曲面部１４を外してもよい。換言すると、曲面部１４の配置は、各曲面部１４の外縁形状における長辺および短辺に相当する部位で接する他の曲面部１４の頂点を結んだ際の形状が四角形になる配置でもよい。
【００２９】
図４に、比較例として曲面部１４の頂点がランダムに配置された凹凸構造９１の例を示す。図４（ａ）は、比較例の凹凸構造９１の一部を模式的に示す平面図である。また、図４（ｂ）は、凹凸構造９１における曲面部１４の頂点位置の例を示す説明図である。また、図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示す凹凸構造９１の模式断面図である。図４（ｂ）および図４（ｃ）において、バツ（×）印は凹凸構造９１における曲面部１４の頂点位置を表している。図４（ｂ）に示す凹凸構造９１は、第１方向および第２方向に同じ間隔で並ぶ規則配置における頂点位置（図中の黒丸印参照）を基準にした所定の範囲内に曲面部１４の頂点が位置するようにランダムに配置した場合の例である。この例は、所定の範囲を、該規則配置における頂点位置を中心とし、直径が該頂点間距離（図中の点Ｅと点Ｆ間の距離ｄｂａｓｅ）となる円の範囲としている。以下、規則配置における頂点間距離を、基準頂点間距離という場合がある。
【００３０】
図４（ｂ）に示すように、曲面部１４の頂点をランダムに配置した凹凸構造９１は、点Ｃと点Ｄ間の距離ｄのように、隣接頂点間距離が大きくなる場合がある。具体的に凹凸構造９１は、ランダム配置における隣接頂点間距離が最大で基準頂点間距離であるｄｂａｓｅの２倍となる場合がある。このとき凹凸構造９１は、図４（ｃ）に示すように、曲面部１４の境界における傾斜角度θも大きくなる。すなわち、凹凸構造９１は、隣接頂点間距離が大きくなるに従い、隣接する２つの曲面部の境界を構成している各曲面部の端部における深さ方向の変位が大きくなるので、傾斜角度θも大きくなる。なお、図４（ｃ）は、凹凸構造が規則配置の場合の曲面部１４の境界の傾斜角度をθｂａｓｅとして示している。このように、凹凸構造がランダム配置の場合には、境界の傾斜角度が、規則配置の場合と比べて大きくなる領域が生じやすい。また、凹凸構造は、一般に傾斜角度が大きくなると高い精度の加工が難しくなる。
【００３１】
したがって、本実施形態の光学素子１０は、凹凸構造１１における曲面部１４の境界の傾斜角度θが大きくなりすぎないよう、凹凸構造１１全体において隣接頂点間距離を制御する。例えば、ランダム配置の例で示したように、凹凸構造が、ある曲面部１４において隣接頂点間距離が基準頂点間距離の２倍となった場合、当該曲面部１４の頂点から隣接する他方の曲面部１４との境界までの距離であるｒと曲率半径Ｒの比（ｒ／Ｒ）は１を超え得る。この場合、当該曲面部１４とその他方の曲面部１４との間に平坦部が生じるなどの問題が生じる。このように凹凸構造は、その有効領域に平坦部が存在すると、入射する光を拡散せずに直進透過させてしまうため、拡散性が低下し好ましくない。
【００３２】
また、光学素子１０を拡散素子として用いる場合、出射光の拡散角度を大きくしようとすると、曲面部１４の各々における平均的な傾斜角度を大きくする必要がある。平均的な傾斜角度を大きくするために、凹凸構造１１における曲面部１４の平均的な曲率半径を小さくした場合、さらに、比ｒ／Ｒが１を超えやすくなり、上記のように拡散性が低下するおそれがある。
【００３３】
このように、凹凸構造は、隣接頂点間距離が大きいほど、また拡散角度を大きくしようとするほど、境界の傾斜角度が大きくなりやすく、隣接する曲面部との間に平坦部ができやすいと言える。
【００３４】
したがって、凹凸構造１１は、そのような加工が困難な領域や平坦部が生じないように隣接頂点間距離を制御するのが好ましい。とくに、凹凸構造１１を含んだ素子が、それの出射角度（拡散角度）を大きくする仕様を満足するためには、凹凸構造１１における隣接頂点間距離を制御することが望まれる。
【００３５】
図５は、凹凸構造１１における隣接頂点間距離の分布の一例を示す説明図である。なお、図５（ａ）は、凹凸構造１１における各曲面部１４を対象にした隣接頂点間距離のヒストグラムの例であり、図５（ｂ）は比較例として頂点位置がランダム配置された凹凸構造９１における各曲面部１４を対象にした隣接頂点間距離のヒストグラムの例である。図５（ａ）および図５（ｂ）における横軸は規格化されており、基準の距離を１００として示している。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）は、基準の距離を、最多頻度の隣接頂点間距離であって平均値に最も近いものとしているが、基準の距離はこれに限られない。例えば、凹凸構造１１が、格子ベクトル方向ごとに異なる隣接頂点間距離を用いる場合などヒストグラムにおいて２つのピークが想定される場合には、全方向における隣接頂点間距離の平均を基準の距離としてもよい。また、隣接頂点間距離に対する頻度の関係は、格子ベクトル方向の各々や素子の平面方向の各々など、方向ごとに独立したヒストグラムとしてもよく、その場合はそれぞれのヒストグラムに対して基準の距離を設定してもよい。
【００３６】
図５（ａ）に示すように、本実施形態の光学素子１０の凹凸構造１１は、例えば、当該凹凸構造１１に含まれる曲面部１４の各々から求めた隣接頂点間距離が全て、基準の距離に対して±２８％の範囲内であり、かつ分布も正規分布にはなっていない。一方、図５（ｂ）に示すように、比較例の凹凸構造９１は、隣接頂点間距離の分布が正規分布に近い形になっている。なお、正規分布を仮定して図５（ｂ）に示す分布をフィッティングした場合の標準偏差は、基準の距離に対して±３０％の値となっている。図５（ａ）に示すように、隣接頂点間距離の全てが基準の距離に対して±３０％の範囲内であれば、正規分布のすそ野部分に相当するような、加工が難しい形状が生じにくいため、好ましい。
【００３７】
また、図５（ｂ）に示した比較例において、ヒストグラム上の度数分布の中心（階級値＝１００〜１１０に相当する値域）の頻度と周辺（階級値＝１６０〜１７０に相当する値域）の頻度との比は０．００６５である。一方、図５（ａ）に示す例における同比、すなわちヒストグラム上の度数分布の中心（階級値＝１００もしくは階級値＝９６に相当する値域）の頻度と周辺（階級値＝７２もしくは階級値＝１２４に相当する値域）の頻度との比は０．８５である。このように、ヒストグラムが示す度数分布（頻度分布）において、図５（ｂ）に示すような、階級ごとの頻度が中心から周辺に行くにしたがって減少し、周辺階級（すそ野）に対する中心階級における頻度の比が大きいとより正規分布に近いと言える。また、ヒストグラムが示す度数分布が正規分布に近いと、分布範囲（とくにすそ野）が広くなり、すそ野部分（とくに、最大階級）に対応する隣接頂点間距離も大きくなる。したがって、凹凸構造１１における隣接頂点間距離の分布は、周辺域と中心域の頻度の比が１／８以上が好ましく、１／４以上がより好ましい。このとき、頻度分布における分割数、すなわちヒストグラムをとる際の隣接頂点間距離の最小値から最大値までの値域に対する分割数は、５以上が好ましく、１０以上がより好ましい。また、分割数は、大きすぎると各階級に入る値の数が小さくなって分布の比較が難しくなるため３０以下が好ましい。
【００３８】
ここで、中心域は、ヒストグラム上の度数分布において中心に位置する階級、すなわち隣接頂点間距離の最大値を含む階級（最大階級）と最小値を含む階級（最小階級）の略中心に位置する階級を用いる。また、中心域は、他の取り方として、ヒストグラム上の度数分布において最大階級と最小階級の略中心に位置する階級のうち最大の度数を有する階級としてもよいし、基準の距離を含む階級（基準階級）を用いてもよい。なお、分割数が偶数の場合や基準の距離が階級の境界値となる場合など、中心域は２以上の階級を含んでいてもよい。その場合、中心域とされた階級の頻度の平均や、中心域とされた階級の頻度のうち最も高い頻度を中心域の頻度としてもよい。また、周辺域は、最大階級と最小階級のいずれかを必ず含むようにしてもよいし、最大階級と最小階級の両方を用いてもよい。前者の場合、周辺域として、例えば、最大階級と最小階級のうち中心域とされた階級から最も離れた端の階級を用いてもよい。なお、周辺域が２以上の階級を含む場合には、中心域の場合と同様に、頻度平均や、最高頻度を採用すればよい。
【００３９】
また、上記の頻度分布に関する条件は、基本単位１１１内の曲面部１４を対象にした隣接頂点間距離の分布に対して適用してもよい。
【００４０】
上述したような隣接頂点間距離の分布を得る方法の一例は、図３に示したような、２つの格子ベクトルと該２つの格子ベクトルの各方向における距離を表す複数の定数によって表される位置に曲面部１４の各頂点を配置する方法が挙げられるが、曲面部１４の配置方法はこれに限られない。例えば、凹凸構造１１またはそれに含まれる基本単位１１１は、隣接頂点間距離を計算しながら、隣接頂点間距離の分布が上記の条件を満たすように曲面部１４の各々の頂点配置を決定してもよい。このとき、凹凸構造１１またはそれに含まれる基本単位１１１は、隣接頂点間距離の分布形状に対してフィッティングを行い、その結果が正規分布よりも一様分布に近似されるように、曲面部１４の各々の頂点位置を決定してもよい。
【００４１】
次に、隣接頂点間距離と傾斜角度の関係について説明する。２つの曲面部１４が隣接している場合において、当該曲面部１４における比ｒ／Ｒと、該曲面部１４の境界における傾斜角度θの関係は以下の式（１）で示される。なお、本例においても、当該曲面部１４の曲面形状を球面と仮定している。
【００４２】
θ＝ａｒｃｔａｎ［（ｒ／Ｒ）／｛１−（ｒ／Ｒ）２｝０．５］  ・・・（１）
【００４３】
式（１）に示されるように、比ｒ／Ｒが大きくなるほど隣接する曲面部１４との境界における傾斜角度θが大きくなる。例えば、ある球面において、比ｒ／Ｒが１／４の場合、該球面の端部における傾斜角度θは１４．５°となる。また、例えば、比ｒ／Ｒが１／２の場合、該球面の端部における傾斜角度θは３０．０°となる。
【００４４】
図６は、比ｒ／Ｒと境界の傾斜角度θとの関係の例を示す説明図である。なお、本例においても、当該曲面部１４の曲面形状を球面と仮定している。なお、図６（ａ）は比ｒ／Ｒ＝１／２の場合の例であり、図６（ｂ）は比ｒ／Ｒ＝３／４の場合の例であり、図６（ｃ）は比ｒ／Ｒ＝１の場合の例である。図６（ａ）に示すように、隣接する２つの曲面部１４の各々において、比ｒ／Ｒが１／２の場合、境界の傾斜角度θは３０．０°となる。なお、当該２つの曲面部１４の隣接頂点間距離（図中のｄａ）は２ｒであって、これを凹凸構造１１における平均的な隣接頂点間距離（ｄａｖｅ）と仮定すると、平均的な隣接頂点間距離（ｄａｖｅ）と平均的な曲率半径（Ｒａｖｅ）の比ｄａｖｅ／Ｒａｖｅ＝１となる。
【００４５】
また、図６（ｂ）に示すように、隣接する２つの曲面部１４の各々において、比ｒ／Ｒが３／４の場合、境界の傾斜角度θは４８．７°となる。このように、仮に図６（ａ）に示す隣接頂点間距離であるｄａに対して、隣接する２つの曲面部１４の頂点位置が、互いに離れる方向に１／４（２５％）シフトした場合、境界の傾斜角度θは４８．７°となる。
【００４６】
また、図６（ｃ）に示すように、隣接する２つの曲面部１４の各々において比ｒ／Ｒが１の場合、境界の傾斜角度θは９０°であるため、加工が困難になる。このように、仮に図６（ａ）に示す隣接頂点間距離であるｄａに対して、隣接する２つの曲面部１４の頂点位置が、互いに離れる方向に１／２（５０％）シフトした場合、境界の傾斜角度θは９０°になってしまう。
【００４７】
したがって、凹凸構造１１は、比ｒａｖｅ／Ｒａｖｅが１／２以上もしくは比ｄａｖｅ／Ｒａｖｅが１以上の場合にはとくに、上述したような方法により曲面部１４の隣接頂点間距離を調整するのが好ましい。なお、凹凸構造１１は、曲面部１４の加工容易性の観点から、上述した隣接頂点間距離の分布の制御を、比ｒａｖｅ／Ｒａｖｅが１／４以上もしくは比ｄａｖｅ／Ｒａｖｅが１／２以上の場合に用いてもよい。例えば、曲面部１４の形状が球面の場合、ある曲面部１４の比ｒ／Ｒ＝１／４の場合の境界の傾斜角度θは１４．５°であるが、このときの隣接頂点間距離に対して互いに離れる方向に１／２（５０％）シフトした場合の境界の傾斜角度θは４８．７°となる。なお、比ｒ／Ｒ＝１／４となる隣接頂点間距離に対して互いに離れる方向に１／４（２５％）シフトした場合の境界の傾斜角度θは２２．０°である。これより、凹凸構造１１は、比ｒａｖｅ／Ｒａｖｅが１／４もしくは比ｄａｖｅ／Ｒａｖｅが１／２以上の場合であっても、隣接頂点間距離の分布が基準の距離に対して±２５％の範囲内であれば、境界の傾斜角度θを３０°未満に抑えられる可能性が高い。なお、比ｒａｖｅ／Ｒａｖｅが１／２もしくは比ｄａｖｅ／Ｒａｖｅが１以上の場合であっても、図６（ａ）に示すように、隣接頂点間距離の分布が基準の距離に対して±２５％の範囲内であれば、境界の傾斜角度θを５０°未満に抑えられる可能性が高い。なお、凹凸構造１１の全ての曲面部１４どうしが互いに離れる方向に最大量シフトするとは限らないため、隣接頂点間距離の分布は、±２５％よりも数％程度なら広げても問題ない。例えば、凹凸構造１１は、隣接頂点間距離の分布が基準の距離に対して±３０％以内であってもよい。
【００４８】
なお、上記の比ｒａｖｅ／Ｒａｖｅおよび比ｄａｖｅ／Ｒａｖｅによる判断は１つの目安である。そのため、傾斜角度が最も大きくなる方向は配置に依存するという点、頂点の深さ方向の異なり具合および曲面部１４の形状によっても境界の傾斜角度が異なるという点から、必ずしも上記の傾斜角度未満になることを保証するものではない。
【００４９】
また、図７は、入射光に対する傾斜角度θと出射角度αの関係を示す説明図である。図７に示すように、一般に傾斜角度θと出射角度αは関連し、部材の屈折率ｎが定まれば出射角度αから傾斜角度θを計算できる。具体的には、屈折率ｎの部材で形成された傾斜角度θの斜面に当該素子の光軸に対して平行な光（平行光）が入射した場合の出射角度αは以下の式（２）で示される。ここで、光軸は傾斜角度θの基準とされる平面に対して垂直な方向とする。また、出射角度αは、出射光の強度分布における強度が光軸上の強度の１／ｅ２となる、光軸からの角度とする。
【００５０】
α＝ａｒｃｓｉｎ［ｓｉｎθ×｛（ｎ−ｓｉｎ２θ）０．５−ｃｏｓθ｝］  ・・・（２）
【００５１】
以下、曲面部１４の形状が球面であって、屈折率が一般的な透明性光学材料である樹脂やガラスの屈折率である１．５３の部材により構成された曲面部１４に平行光が入射した場合を仮定する。例えば、比ｒ／Ｒ＝１／８である曲面部１４に平行光が入射した場合、光線追跡により算出される光の出射角度αは３．８°である。また、例えば、比ｒ／Ｒ＝１／４である曲面部１４に平行光が入射した場合、光線追跡により算出される光の出射角度αは７．８°である。また、例えば、比ｒ／Ｒが１／２である曲面部１４に平行光が入射した場合、光線追跡により算出される光の出射角度αは１７．０°である。
【００５２】
したがって、上述した隣接頂点間距離の分布の制御は、凹凸構造１１が形成されている側から平行光を入射したときの当該光学素子１０からの光の出射角度αが７．８°以上の光学素子に用いてもよく、出射角度αが１７．０°以上の光学素子にはとくに好適である。換言すると、本実施形態の光学素子１０は、図７（ｂ）に示すように、例えば、隣接頂点間距離の分布を制御することにより、素子としての光の出射角度αが７．８°以上を満足する仕様としてもよく、素子としての光の出射角度αが１７．０°以上を満足する仕様としてもよい。とくに、頂点位置をランダムに配置した凹凸構造９１では、出射角度αが１７．０°以上の場合、比ｒ／Ｒが１以上となる領域が生じ得る。これに対して、本実施形態の光学素子１０は、出射角度αが１７．０°以上を満足する仕様としても、曲面部の境界において平坦部や加工が困難な傾斜が生じるのを防止できる。なお、図７（ｂ）においても、出射角度αは、凹凸構造１１がある側から平行光を入射した時の当該光学素子１０からの出射光の強度分布における強度が光軸上の強度の１／ｅ２となる、光軸からの角度とする。図７（ａ）および図７（ｂ）において符号２０１は入射光である平行光を表し、符号２０２は出射光を表す。また、符号２０３は光軸を表す。
【００５３】
次に、凹凸構造１１の加工方法について説明する。図８は、凹凸構造１１の加工方法の一例を示す説明図である。例えば、図８に示すように本加工方法は、基材１５上に微小な開口２２がパターニングされたマスク２１を形成し、それをウェットエッチングすることにより凹凸構造１１を得てもよい。そのようにすれば、一度の加工で、基材１５の表面に複数の略球面状の曲面部１４を含む凹凸構造１１を形成できる。なお、曲面部１４の頂点位置は、マスク２１における開口２２の位置によって制御できる。また、曲面部１４の曲率半径および頂点の深さは、エッチング量およびマスク２１における開口２２の大きさによって制御できる。
【００５４】
すなわち、ウェットエッチングの場合本加工方法は、図８の破線で示すように等方的にエッチングされていくため、エッチング量により曲率半径を制御できる。また本加工方法は、マスク２１の初期の開口の大きさを変えることで、エッチング初期の開口２２内の薬品の量を変化させることができるので、曲率半径に数μｍ程度の違いを生じさせられる。これにより、深さ方向に変化をつけられる。
【００５５】
マスク２１の材料は、例えば、クロム（Ｃｒ）やモリブデン（Ｍｏ）などの金属材料を使用できる。また、パターニング方法は、フォトリソグラフィを利用できる。レジストを用いるフォトリソグラフィを利用する場合には、マスク２１となる金属材料の上にレジスト剤を残した状態で加工してもよい。
【００５６】
また、図８は、光学素子１０の基材１５を直接加工する方法を示したが、他の基材に対して上述した加工を行い、それを型に用いて、凹凸構造１１を得てもよい。その場合、型は、ウェットエッチングにより得た型をそのまま用いるだけでなく、該型を用いて転写した形状を基にさらに電気鋳造等を用いて金属製の型を作製できる。そのようにして得られる型２３を用いて、樹脂などを転写、成形することで凹凸構造１１を得てもよい。図９は、型２３を用いて製造される光学素子１０の例である。図９（ａ）は、ガラスなどの無機材料からなる基材１５Ａ上に型２３を用いて樹脂を転写、成型して凹凸構造１１を形成した光学素子１０の例である。図９（ａ）に示す光学素子１０は、基材１５Ａ上に凹凸構造１１が形成された樹脂層１５Ｂが積層された構成となっている。また、図９（ｂ）は、樹脂のみで形成される光学素子１０の例である。図９（ｂ）に示す例は、基材１５Ａの代わりに樹脂材料からなる基材１５Ｃを用いている。なお、図８および図９は、簡単のため曲面部１４を２個しか表示していないが、曲面部１４の数はこれに限られない。
【００５７】
以上のように、本実施形態の光学素子１０は、スペックルノイズと回折パターンの両方を抑制しつつ、加工が容易でかつ効率よく光を拡散できる。これは、本実施形態の光学素子１０は、各曲面部１４の形状を相似形、より具体的には略同一の非球面係数を有する形状とした上で、頂点の深さ位置を変化させるとともに、隣接頂点間距離のヒストグラムの分布を正規分布ではなく、一様分布により近い分布になるよう頂点位置を決定するためである。
【００５８】
本実施形態の光学素子１０は、光を効率よく拡散できるので、例えばプロジェクタのような投影装置に使用できる。その場合において、光学素子１０は、例えば、該投影装置において、光源と所定の投影面との間に配置される、光源からの光を所定の投影面に投影するための拡散素子として適用できる。また、本実施形態の光学素子１０は、３次元計測装置や、認証装置などのように、光を照射して対象物によって散乱された光を検知する装置に含まれる、検査光を所定の投影範囲に照射するための光の投影装置にも使用できる。また、本実施形態の光学素子１０は、ヘッドアップディスプレイのような投影装置の中間スクリーン（中間像生成用の光学素子）にも使用できる。その場合には、光学素子１０は、例えば、該投影装置において、中間像を構成する光を出射する光源とコンバイナーとの間に配置され、光源からの光であって中間像を構成する光を、コンバイナーに投影するための中間スクリーンとしても適用できる。なお、当該光学素子１０による中間スクリーンは反射型であっても透過型であってもよい。
【実施例】
【００５９】
以下、上述した光学素子１０について具体的な数値等を用いて説明する。なお、例１および例２は本発明による光学素子の実施例であり、例３は比較例である。
【００６０】
（例１）
以下、第１の例について示す。本例の光学素子は、図１に示す構成の光学素子であって、凹凸構造１１における曲面部１４の配置が図３に示す配置の光学素子である。
【００６１】
本例の光学素子において、凹凸構造１１は、図３に示すような、第１方向および該第１方向と６０°をなす第２方向に沿って５×５列に並ぶ曲面部１４からなる基本単位１１１の繰り返し構造とする。ここで、第１方向は任意であるが、例えば、当該光学素子の主表面のいずれかの辺方向（例えば、長辺方向）であってもよい。
【００６２】
本例の凹凸構造１１は、基本単位１１１内における曲面部１４の第１方向における隣接頂点間距離を、Ｐ１１＝１１２．５μｍ、Ｐ１２＝８７．５μｍ、Ｐ１３＝７５．０μｍ、Ｐ１４＝１００．０μｍ、Ｐ１５＝１２５．０μｍとする。また、第２方向における隣接頂点間距離を、Ｐ２１＝１１２．５μｍ、Ｐ２２＝８７．５μｍ、Ｐ２３＝７５．０μｍ、Ｐ２４＝１００．０μｍ、Ｐ２５＝１２５．０μｍとする。すなわち、本例の光学素子は、凹凸構造１１における曲面部１４の各々の頂点を、これら第１方向および第２方向における上記のＰ１１〜Ｐ１５およびＰ２１〜Ｐ２５によって表される座標上に位置するようにする。
【００６３】
また、基材１５は、波長６３５ｎｍにおける屈折率が１．５１５となるガラス材料を使用する。
【００６４】
まず、該基材１５上に、クロム（Ｃｒ）を成膜してマスク層を得る。次いで、フォトリソグラフィによって、該マスク層の所定位置に微小の開口２２をパターニングして、基材１５上にマスク２１を形成する。マスク２１における開口２２の位置は、上述した曲面部１４の頂点位置に対応させる。次いで、ウェットエッチングによって、基材１５の表面を、各開口２２の位置を中心に曲率半径が２００μｍとなる略球面状の曲面部１４が形成されるよう、加工する。このとき、基本単位１１１内の曲面部１４の頂点の深さ位置が、ある曲面部１４の頂点の深さ位置を０ｎｍとして、０ｎｍ、１６５ｎｍ、３３０ｎｍ、４９５ｎｍ、６６０ｎｍ、８２５ｎｍ、９９０ｎｍ、１１５５ｎｍの８値のうちのいずれか、かつ頂点の深さ位置の１つの水準に全体の７５％以上の曲面部１４が配置されないように、加工する。これにより、７５％以上の曲面部１４が同じ深さ位置となるのを少なくとも防ぐ。
【００６５】
図１０（ａ）は、本例の光学素子の凹凸構造１１の一部を示す平面図である。なお、図１０（ａ）は、上記設計に従って構成される凹凸構造１１の一例を計算により図示化したものである。また、図１０（ｂ）は、本例の光学素子の凹凸構造１１における隣接頂点間距離のヒストグラムである。図１０（ｂ）に示すヒストグラムは、基本単位１１１に含まれる曲面部１４の各々に対して、隣接する６つの他の曲面部１４との頂点間距離を求めて得られた隣接頂点間距離の集合に対するヒストグラムである。図１０（ｂ）に示すヒストグラムにおいて、横軸は、基準の距離（１００μｍ）を１００として規格化されている。なお、図１０（ｂ）に示すヒストグラムでは、隣接頂点間距離の最小値から最大値までの値域に対する分割数を１４としたが、例えばその倍の２８等にしてもよい。
【００６６】
本例の光学素子の凹凸構造１１において、隣接頂点間距離の平均は１００．８μｍである。また、図１０（ｂ）に示すヒストグラムにおける中心域の頻度と周辺域の頻度の比は０．８５である。なお、中心域の頻度には、階級値＝９６の階級と階級値＝１００の階級の頻度の平均を用いた。また、周辺域の頻度には、階級値＝７２の階級と階級値＝１２４の階級の頻度の平均を用いた。また、図１０（ｂ）に示すように、隣接頂点間距離の頻度分布の分布範囲は基準の距離に対して±３０％以内、より詳しくは±２５％となっている。
【００６７】
図１１は、本例の光学素子に対して、波長６３５ｎｍの平行光を入射した場合の出射光の光量分布のシミュレーション結果を示した図である。図１１に示すように、本例の光学素子の場合、光が所定の範囲に効率よく拡散されて照射されていることがわかる。なお、参考までに本例の光学素子の図１１の紙面縦方向における、直進方向の出射強度の平均値に対して半値となる出射角度の半値全幅は１５°である。
【００６８】
（例２）
次に、第２の例について示す。本例の光学素子は、曲面部１４の配置が第１の例と異なる。図１２は、本例の光学素子の凹凸構造１１における曲面部１４の配置を示す説明図である。本例の光学素子において、凹凸構造１１は、図１２に示すような、第１方向および該第１方向と９０°をなす第２方向に沿って３×５列に並ぶ曲面部１４からなる基本単位１１１の繰り返し構造とする。本例においても、第１方向は任意であるが、例えば、当該光学素子の主表面のいずれかの辺方向（例えば、長辺方向）であってもよい。
【００６９】
本例の凹凸構造１１は、基本単位１１１内における曲面部１４の第１方向における隣接頂点間距離を、Ｐ１１＝１００．０μｍ、Ｐ１２＝１０５．０μｍ、Ｐ１３＝９５．０μｍとする。また、凹凸構造１１の基本単位１１１内における曲面部１４の第２方向における隣接頂点間距離を、Ｐ２１＝１００．０μｍ、Ｐ２２＝１０５．０μｍ、Ｐ２３＝１０２．５μｍ、Ｐ２４＝９７．５μｍ、Ｐ２５＝９５．０μｍとする。すなわち、本例では、曲面部１４の頂点を、これら第１方向および第２方向における上記のＰ１１〜Ｐ１３およびＰ２１〜Ｐ２５によって表される座標上に位置するようにする。
【００７０】
本例においても、基材１５は、波長６３５ｎｍにおける屈折率が１．５１５となるガラス材料を使用する。
【００７１】
まず、該基材１５上に、クロム（Ｃｒ）を成膜してマスク層を得る。次いで、フォトリソグラフィによって、該マスク層に微小の開口２２をパターニングして、基材１５上にマスク２１を形成する。マスク２１における開口２２の位置は、上述した曲面部１４の頂点位置に対応させる。次いで、ウェットエッチングによって、基材１５の表面を、各開口２２の位置を中心に曲率半径が２００μｍとなる略球面状の曲面部１４が形成されるよう、加工する。このとき、基本単位１１１内の曲面部１４の頂点の深さ位置が、ある曲面部１４の頂点の深さ位置を０ｎｍとして、０ｎｍ、１６５ｎｍ、３３０ｎｍ、４９５ｎｍ、６６０ｎｍ、８２５ｎｍ、９９０ｎｍ、１１５５ｎｍの８値のうちのいずれか、かつ頂点の深さ位置の１つの水準に全体の７５％以上の曲面部１４が配置されないように、加工する。
【００７２】
図１３（ａ）は、本例の光学素子の凹凸構造１１の一部を示す平面図である。なお、図１３（ａ）は、上記設計に従って構成される凹凸構造１１の一例を計算により図示化したものである。また、図１３（ｂ）は、本例の光学素子の凹凸構造における曲面部１４の隣接頂点間距離のヒストグラムである。図１３（ｂ）に示すヒストグラムは、基本単位１１１に含まれる曲面部１４の各々に対して、隣接する４つの曲面部１４との頂点間距離を求めて得られた隣接頂点間距離の集合に対するヒストグラムである。図１３（ｂ）に示すヒストグラムにおいて、横軸は、基準の距離（１００μｍ）を１００として規格化されている。なお、図１３（ｂ）に示すヒストグラムでは、隣接頂点間距離の最小値から最大値までの値域に対する分割数を６としたが、例えばその倍の１２等にしてもよい。
【００７３】
本例の光学素子の凹凸構造１１において隣接頂点間距離の平均は１００．０μｍである。また、図１３（ｂ）に示すヒストグラムにおける中心域の頻度と周辺域の頻度の比は１．００である。なお、中心域の頻度には、階級値＝９８の階級と階級値＝１００の階級の平均を用いた。また、周辺域の頻度には、階級値＝９４の階級と階級値＝１０４の階級の平均を用いた。また、図１３（ｂ）に示すように、隣接頂点間距離の頻度分布の分布範囲は基準の距離に対して±５％となっている。
【００７４】
図１４は、本例の光学素子に対して、波長６３５ｎｍの平行光を入射した場合の出射光の光量分布のシミュレーション結果を示した図である。図１４に示すように、本例の光学素子の場合、光が所定の範囲に効率よく拡散されて照射されていることがわかる。なお、参考までに本例の光学素子の図１４の紙面縦方向における、直進方向の出射強度の平均値に対して半値となる出射角度の半値全幅は１４°である。
【００７５】
（例３）
次に、第３の例について示す。本例の光学素子は、曲面部１４の頂点がピッチ５０μｎで等間隔に配置された凹凸構造を有する点が、第１および第２の例と異なる。なお、本例の凹凸構造には、曲率半径が２００μｍ、２３３μｍ、１６７μｍとなる３種類の曲面部１４が含まれている。
【００７６】
図１５（ａ）は、本例の光学素子の凹凸構造の一部を示す平面図である。なお、図１５（ａ）は、上記設計に従って構成される凹凸構造１１の一例を計算により図示化したものである。なお、本例の凹凸構造における隣接頂点間距離は全て同じ値であるため、ヒストグラムは図示省略している。図１５（ｂ）は、本例の光学素子に対して、波長６３５ｎｍの平行光を入射した場合の出射光の光量分布のシミュレーション結果を示す説明図である。なお、参考までに本例の光学素子の図１５（ｂ）の紙面縦方向における、直進方向の出射強度の平均値に対して半値となる出射角度の半値全幅は１５°である。
【００７７】
本例の光学素子は、凹凸構造が３つの異なる曲率半径の曲面部１４を含むため、第１の例や第２の例のようなウェットエッチングによる加工が難しい。例えば、ウェットエッチングで加工する場合は、マスクのパターニングとウェットエッチングを３回繰り返す必要がある。他に、ガラスを直接切削加工することにより加工できるが、そのような加工は非常に時間がかかる。また、複数回ウェットエッチング加工をする場合、２回目以降は凹凸面上にマスクパターンを形成する必要があり、マスクパターンが意図したマスクパターンとならないことがある。このような場合、意図しない部分をウェットエッチング加工することにより設計形状とのずれが生じ、所望の光学特性を得ることができない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、特定の範囲に光を効率よく拡散させる用途を有する光学素子や装置であれば、好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  光学素子
１１  凹凸構造
１１１  基本単位
１２  主表面
１３  有効領域
１４  曲面部
１５、１５Ａ、１５Ｃ  基材
１５Ｂ  樹脂層
２１  マスク
２２  開口
２３  型
２０１  平行光
２０２  出射光
２０３  光軸
９１  凹凸構造
【図１】
0006755076.tif 000002
【図２】
0006755076.tif 000003
【図３】
0006755076.tif 000004
【図４】
0006755076.tif 000005
【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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【図１４】
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【図１５】
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