(57)【要約】【課題】量産性に優れると共に油膜（指紋）や微細やゴミ等の異物が付着しにくく、しかも押圧強度の高い反射防止光学素子を提供する。【解決手段】基板１２の表面には、複数層の透明薄膜１３ａからなる反射防止膜１３（多層反射防止膜）が形成されており、反射防止膜１３の上には反射防止構造膜１４が形成されている。反射防止構造膜１４はフッ素を含有した透明樹脂からなる薄膜層１５の表面に多数の微細な凹部１６（反射防止構造）が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の基板と、１層又は複数層の透明薄膜からなる反射防止膜と、薄膜層の表面に微細な凹部又は凸部を入射光の波長よりも短いピッチで複数形成した反射防止構造を有する反射防止構造膜と、を順次積層したことを特徴とする反射防止光学素子。
【請求項２】
前記反射防止膜を構成する各透明薄膜の膜厚が４００ｎｍ以下であり、かつ、前記反射防止構造膜のうち前記反射防止構造を含まない層の厚みが４００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止光学素子。
【請求項３】
前記反射防止構造の深さもしくは高さが、４００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止光学素子。
【請求項４】
前記反射防止構造の深さもしくは高さが、５０ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項３に記載の反射防止光学素子。
【請求項５】
前記反射防止構造の深さもしくは高さが、入射光の波長の１／４倍に等しいことを特徴とする、請求項４に記載の反射防止光学素子。
【請求項６】
前記反射防止構造の、前記薄膜層の裏面に平行な断面の断面積がそれぞれ一様であることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止光学素子。
【請求項７】
前記反射防止構造の、前記薄膜層の裏面に平行な断面の断面積が、前記薄膜層の前記反射防止構造が設けられていない箇所の表面から離れるに従って徐々に小さくなっていることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止光学素子。
【請求項８】
前記反射防止構造の、前記薄膜層の裏面に平行な断面の断面形状が、円形であることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止光学素子。
【請求項９】
前記反射防止構造の凹部又は凸部が六方配列されていることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止光学素子。
【請求項１０】
前記反射防止構造の凹部又は凸部がランダムに配列されていることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止光学素子。
【請求項１１】
前記薄膜層の材料が、フッ素を含有する樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止光学素子。
【請求項１２】
前記薄膜層の材料が、フッ素を含有する光硬化性樹脂であることを特徴とする、請求項１１に記載の反射防止光学素子。
【請求項１３】
前記薄膜層の材料が、シリコーン樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止光学素子。
【請求項１４】
前記反射防止構造膜は、前記反射防止構造を有する領域と、前記反射防止構造を有しない領域とを含み、前記反射防止構造を有する領域の周囲に前記反射防止構造を有しない領域があることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止光学素子。
【請求項１５】
前記反射防止構造を有する領域が、前記反射防止構造を有しない領域よりも低くなっていることを特徴とする、請求項１４に記載の反射防止光学素子。
【請求項１６】
前記反射防止構造を有する領域が、前記反射防止構造を有しない領域よりも高くなっていることを特徴とする、請求項１４に記載の反射防止光学素子。
【請求項１７】
前記反射防止構造を有しない領域に、シボ加工が施されていることを特徴とする、請求項１４に記載の反射防止光学素子。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の反射防止光学素子を備えた撮像素子。
【請求項１９】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の反射防止光学素子を備えた表示素子。
【請求項２０】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の反射防止光学素子を備えたセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、或る波長域の光の反射を防止する反射防止光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光のような或る波長域の光の反射を防止するための反射防止用の光学素子としては、従来より多層反射防止膜（非特許文献１）と反射防止構造（特許文献１）とが知られている。
【０００３】
前記多層反射防止膜は、金属酸化物などの透明薄膜を積層させて多層膜としたものであり、各透明薄膜による反射光を干渉効果により打ち消し合わせることで反射光を消失させるものである。
【０００４】
しかしながら、多層反射防止膜では、広帯域の波長に対して反射率を小さくしようとすると、積層する透明薄膜の枚数を増加させる必要がある。多層反射防止膜では、積層する各透明薄膜の屈折率と膜厚や各透明薄膜間の密着性を保つための応力などを高精度に制御する必要があるため、透明薄膜の積層数が増加すると、それだけ多くの時間や工数が掛かり、製造効率が大きく低下するという問題がある。さらに、透明薄膜の積層枚数が増加すると、膜の耐久性が低下する恐れがある。また、多層反射膜では、金属薄膜の表面に指紋（油膜）が付着したり、撮像素子などで視認性の低下を招く数μｍ〜数十μｍの大きさの微細な異物が付着したりすることによる汚染で反射防止効果が著しく低下するという難点がある。
【０００５】
前記反射防止構造は、透明な基材の表面にＡＲ（Anti-Reflective）格子と呼ばれる多数の微細な突起や穴を形成することにより、基板の表面における屈折率の変化を緩やかにし、それによって光の反射を防ぐようにしたものである。
【０００６】
しかしながら、ＡＲ格子による反射防止構造では、反射防止特性を高めるためには基板表面の開口率を大きくする必要がある。開口率を大きくすると、突起で構成されたＡＲ格子の場合には押圧力によって突起が潰れ易くなる。また、穴で構成されたＡＲ格子の場合でも、反射防止特性を上げるために穴径を大きくすると基板表面の開口率が大きくなるので、反射防止特性を上げようとすると押圧力に弱くなってしまう。そのため、特許文献１に開示されているような反射防止構造では、外力によってパターン崩れが発生し易く、反射防止効果の低下を招くという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１７７８０６号公報
【非特許文献１】花岡英章  外著、「反射防止膜の特性と最適設計・膜製作技術」、技術情報協会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、量産性に優れると共に油膜（指紋）や微細やゴミ等が付着しにくく、しかも押圧強度の高い反射防止光学素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる反射防止光学素子は、透光性の基板と、１層又は複数層の透明薄膜からなる反射防止膜と、薄膜層の表面に微細な凹部又は凸部を入射光の波長よりも短いピッチで複数形成した反射防止構造を有する反射防止構造膜とを順次積層したことを特徴としている。なお、ここでいう入射光とは実際の入射光ではなく、設計上想定されるある波長（域）の入射光である。  
【００１０】
本発明の反射防止光学素子にあっては、反射防止膜と反射防止構造膜との相乗作用により少ない層数の反射防止膜及び反射防止構造膜によって広い入射波長域において優れた反射防止効果を得ることができる。反射防止膜における透明薄膜の層数を減らすことができれば、反射防止膜を形成するための時間や工数を削減でき、反射防止光学素子の量産性が向上する。さらに、透明薄膜の積層枚数を減らすことによって反射防止膜の耐久性も向上する。しかも、表面に反射防止構造膜が形成されているので、反射防止光学素子の表面に指紋や微細な異物等が付着しにくくなり、反射防止光学素子の表面が汚染されにくくなる。一方、反射防止構造膜は、従来例に比較して開口率を小さくできるので、反射防止構造膜の押圧強度を高くすることができる。よって、反射防止光学素子の防汚性が高くなることによる反射防止効果が経年的に低下しにくくなり、また押圧強度が高くなることによって耐久性が向上するので、反射防止光学素子の寿命が長くなる。
【００１１】
本発明にかかる反射防止光学素子のある実施態様は、前記反射防止膜を構成する各透明薄膜の膜厚が４００ｎｍ以下であり、かつ、前記反射防止構造膜のうち前記反射防止構造を含まない層の厚みが４００ｎｍ以下であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、反射防止膜の各透明薄膜で反射した可視光と反射防止構造膜の反射防止構造を含まない層で反射した可視光を干渉させることによって反射光を低減させることができる。よって、入射光が可視光である場合に、入射光の反射を低減することができる。
【００１２】
本発明にかかる反射防止光学素子の別な実施態様は、前記反射防止構造の深さもしくは高さが、４００ｎｍ以下であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、透明薄膜等で反射した可視光と反射防止構造で反射した可視光とを干渉させることによって反射率を低減すると共に、反射防止構造膜の表面において可視光に対する屈折率の変化を小さくすることによって反射率を低減することができ、可視光に対する反射率を小さくすることができる。また、この実施態様では、前記反射防止構造の深さもしくは高さを５０ｎｍ以上（つまり、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下）とすることが望ましい。５０ｎｍよりも小さいと、反射防止光学素子の防汚効果が低下するためである。さらに、この実施態様では、前記反射防止構造の深さもしくは高さが入射光の波長の１／４倍に等しいことが望ましい。反射防止構造の深さもしくは高さが入射光の波長の１／４倍に等しいと、反射防止構造の上端又は下端で反射した光と薄膜層の表面で反射した光を干渉により消失させることができる。
【００１３】
本発明にかかる反射防止光学素子のさらに別な実施態様は、前記反射防止構造の、前記薄膜層の裏面に平行な断面の断面積がそれぞれ一様であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、反射防止構造が潰れにくくて押圧強度が高くなる。
【００１４】
本発明にかかる反射防止光学素子のさらに別な実施態様は、前記反射防止構造の、前記薄膜層の裏面に平行な断面の断面積が、前記薄膜層の前記反射防止構造が設けられていない箇所の表面から離れるに従って徐々に小さくなっていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、反射防止構造膜を成形する際の離型性が向上する。また、反射防止構造膜の表面における実効的な屈折率の変化をより緩やかにできるので、反射防止構造膜の表面における反射率をより小さくできる。
【００１５】
本発明にかかる反射防止光学素子のさらに別な実施態様は、前記反射防止構造の、前記薄膜層の裏面に平行な断面の断面形状が、円形であることを特徴としている。また、本発明にかかる反射防止光学素子のさらに別な実施態様は、前記反射防止構造の凹部又は凸部が六方配列されていることを特徴としている。本発明にかかる反射防止光学素子のさらに別な実施態様は、前記反射防止構造の凹部又は凸部がランダムに配列されていることを特徴としている。これらの実施態様によれば、押圧強度の方向依存性が小さくなり、反射防止構造がどの方向から押圧力を受けても潰れにくくなる。
【００１６】
本発明にかかる反射防止光学素子のさらに別な実施態様は、前記薄膜層の材料がフッ素を含有する樹脂であることを特徴としている。薄膜層としてフッ素を含有する樹脂を用いれば、反射防止構造膜が微小なゴミや油膜などで汚染されるのを防止する効果（防汚効果）が高くなる。特に、前記薄膜層の材料がフッ素を含有する光硬化性樹脂であれば、反射防止構造膜の防汚効果が高くなると共に、反射防止構造膜の作製時に光照射によって薄膜層を硬化させることができるので、反射防止膜に熱負荷が掛からない。
【００１７】
本発明にかかる反射防止光学素子のさらに別な実施態様は、前記薄膜層の材料がシリコーン樹脂であることを特徴としている。シリコーン樹脂も防汚性を有しており、しかも光（紫外線）照射によって硬化させることもでき、熱硬化させることもできる。
【００１８】
本発明にかかる反射防止光学素子のさらに別な実施態様は、前記反射防止構造膜は、前記反射防止構造を有する領域と、前記反射防止構造を有しない領域とを含み、前記反射防止構造を有する領域の周囲に前記反射防止構造を有しない領域があることを特徴としている。かかる実施態様によれば、反射防止構造を有する領域の周囲に、反射防止構造を有する領域を設けているので、反射防止構造を有しない領域を掴むことができ、機器への組み込み時などに取り扱いが容易になる。
【００１９】
上記実施態様においては、前記反射防止構造を有する領域が前記反射防止構造を有しない領域よりも低くなっていれば、反射防止光学素子の上に他の部材を重ねたときに他の部材が反射防止構造を有する領域に触れることがない。よって、反射防止構造を有する領域が反射防止構造を有しない領域によって保護され、反射防止構造が押圧力を受けて潰れたり、反射防止構造を有する領域が油膜やゴミ等によって汚れにくくなる。
【００２０】
また、上記実施態様においては、前記反射防止構造を有する領域が前記反射防止構造を有しない領域よりも高くなっていてもよい。この場合には、反射防止構造を有する領域に微細なゴミ等が付着しても、付着したゴミ等が反射防止構造を有しない領域へ落ちやすく、反射防止構造を有する領域がより一層汚れにくい。
【００２１】
また、上記実施態様においては、前記反射防止構造を有しない領域にシボ加工が施されていることを特徴としている。反射防止構造は微細で視覚では認識することができないが、反射防止構造を有しない領域に視覚で認識可能なシボ加工を施してあれば、視覚によって反射防止構造を有する領域を認識することができ、反射防止光学素子の取り扱いが容易になる。
【００２２】
なお、本発明にかかる反射防止光学素子は、ＣＣＤカメラ等の撮像装置に用いられる撮像素子、プロジェクタ等の表示装置に用いられる表示素子、煙感知センサのようなセンサなどに利用することができる。
【００２３】
なお、本発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の実施例１による反射防止光学素子１１を示す斜視図、図２はその平面図、図３はその断面図である。この反射防止光学素子１１は、透光性を有する基板１２の表面に反射防止膜１３を形成し、さらに反射防止膜１３の表面に反射防止構造膜１４を形成したものである。
【００２６】
基板１２としては、例えばプラスチックやガラスから成る基板を用いることができ、入射光の波長域（設計波長域）で透過率の高いものが望ましい。以下の説明においては平板状の基板１２を用いた場合を説明するが、基板１２の表面は図４に示すように曲面であっても差し支えない。特に、基板１２としてレンズを用いれば、本発明の反射防止光学素子を反射防止用コーティング材でコートされたレンズとして用いることができる。
【００２７】
反射防止膜１３は金属酸化物などの透明薄膜１３ａから成り、真空蒸着法やプラズマコーティング法などによって基板１２の表面に成膜される。反射防止膜１３は単層の透明薄膜１３ａでもよく、膜厚や屈折率の異なる透明薄膜１３ａを複数層積層したものでもよく、入射光の波長域で反射率が小さくなるように設計される。なお、反射防止膜１３は基板１２の裏面にも設けてあってもよいが、基板１２の表面にのみ設けることで反射防止光学素子１１の製造や取扱いが容易になる。
【００２８】
透明薄膜１３ａは、可干渉膜厚として干渉により反射率を低減するためには、その膜厚を入射光の波長よりも短い厚さにしなければならない。従って、可視光（波長域：約４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の反射を防止する用途の場合には、各透明薄膜１３ａの膜厚は４００ｎｍ以下にすればよい。特に、各透明薄膜１３ａの膜厚を１００ｎｍにすれば、反射防止膜１３による反射率を０.１％以下にすることができる。
【００２９】
反射防止構造膜１４は、フッ素を含有した樹脂からなる透明な薄膜層１５の表面に入射光の波長よりも短いピッチで多数の微細な凹部１６（反射防止構造）を形成したものである。反射防止構造膜１４は、四周に比較的厚みの大きな額縁部１７を有しており、額縁部１７に囲まれた内側の領域１８（以下、有効領域という。）の表面に前記凹部１６がほぼ均一な密度で形成されている。また、額縁部１７と有効領域１８との間には傾斜面１９が形成されている。各凹部１６は薄膜層１５の厚み方向に沿って均一な水平断面を有しており、凹部１６内は空洞（空気）となっている。特にこの実施例では、図２に示すように凹部１６は円柱状（水平断面が円形）に形成されており、六角形の頂点及び中心に凹部１６が位置するようにして六方配列されている。
【００３０】
また、凹部１６は円柱状に限らず、楕円柱状（水平断面が楕円）や角柱状（水平断面が四角形）のものなどであってもよい。適当な断面形状の凹部１６を選択すれば、設計の自由度が高くなる。もっとも、円柱状の凹部１６によれば、耐圧強度が方向によらないので耐圧強度が優れるという長所がある。また、凹部１６の配列方法としては、格子状（碁盤目状）でもよく、あるいはランダムであってもよい。格子配列よりも六方配列の方が、押圧強度が方向によらないという効果がある。
【００３１】
この凹部１６は、後述のように反射防止構造膜１４の表面における屈折率の変化を緩和することによって反射光を低減するものであるが、さらに凹部１６における反射光を干渉による反射光の低減に寄与させることもできる。よって、凹部１６の深さＤや断面サイズは入射光の波長以下となっている。例えば、可視光の反射を防止する用途の場合には、凹部１６の深さＤは４００ｎｍ以下にすればよい。また、凹部１６の深さＤが５０ｎｍよりも小さくなると、反射防止構造膜が微小なゴミや油膜（指紋等）などで汚染されるのを防止する効果（防汚効果）が損なわれるので、凹部１６の深さＤは５０ｎｍ以上にしておくのが望ましい。特に、凹部１６の深さＤを１００ｎｍとすれば、反射防止構造膜１４による反射率を０.１％以下に抑えることができ、また防汚効果も良好となる。また、凹部１６の深さＤを入射光の波長λの１／４にすれば（Ｄ＝λ／４）、反射防止構造膜１４の表面における反射光と凹部１６の底面における反射光を干渉させて反射光を低減させることができる。
【００３２】
薄膜層１５の材料としては、樹脂でも樹脂以外の材料でも透光性材料であれば使用することができるが、フッ素を含有した樹脂であれば、反射防止構造膜の防汚効果が高くなる。特に、薄膜層１５がフッ素を含有する光硬化性樹脂であれば、後述のように反射防止膜に熱負荷が掛かるのを防ぐことができる。また、薄膜層１５の材料としてはシリコーン樹脂を用いることもできる。シリコーン樹脂を用いても、反射防止構造膜１４に防汚性を持たせることができ、またシリコーン樹脂を用いれば反射防止構造膜１４の作製時に光照射によって硬化させることも熱によって硬化させることもできる。
【００３３】
また、反射防止構造膜１４のうち凹部１６を含まない層（以下、バッファ層ということがある。）の厚みを入射光の波長よりも薄くしておけば、可干渉膜厚として透明薄膜１３ａで反射した光との干渉により反射率を低減することができる。従って、可視光の反射を防止する用途の場合には、薄膜層１５の膜厚は４００ｎｍ以下にすればよい。
【００３４】
このような反射防止光学素子１１によれば、反射防止構造膜１４側から光Ｌが入射したとき、図３に示すように、基板１２と透明薄膜１３ａの境界面における反射光、各透明薄膜１３ａどうしの境界面における反射光、薄膜層１５と透明薄膜１３ａとの境界面における反射光、凹部１６と薄膜層１５との境界における反射光、および薄膜層１５の表面における反射光の干渉により反射光を消失させることができる。従って、基板１２と透明薄膜１３ａの境界面における反射光と各透明薄膜１３ａどうしの境界面における反射光と表面における反射光との干渉だけで反射光を消失させる従来例に比べれば、少ない層数の透明薄膜１３ａや薄膜層１５によってより多くの光を多重干渉させることができ、広い波長域において反射率を小さくすることができる。また、反射防止構造膜１４の表面には、入射光の波長よりも微細な凹部１６が形成されているので、反射防止構造膜１４の表面の屈折率は薄膜層１５の屈折率と空気の屈折率の中間となる。すなわち、凹部１６（空気）の屈折率をｎ０、薄膜層１５の屈折率をｎ１、反射防止構造膜１４の凹部１６を形成されている領域の開口率をＭ％とすれば、反射防止構造膜１４の表面の屈折率の平均値は、
〔ｎ０×Ｍ＋ｎ１×（１００−Ｍ）〕／１００
となる。よって、反射防止構造膜１４の表面における屈折率の変化が緩やかになり、入射光が反射防止構造膜１４の表面で反射しにくくなる。しかも、この反射防止構造膜１４による反射防止効果は波長による依存性が小さい。よって、この反射防止光学素子１１によれば、少ない層数によって入射光の広い波長域（広帯域）において優れた反射防止特性を得ることができる。
【００３５】
こうして反射防止膜１３における透明薄膜１３ａの層数を減らすことができれば、反射防止膜１３を形成するための時間や工数を削減でき、反射防止光学素子１１の製造効率や量産性が向上する。さらに、透明薄膜の積層枚数を減らすことによって反射防止膜１３の耐久性も向上する。
【００３６】
また、反射防止膜１３は反射防止構造膜１４によって覆われており、しかも反射防止構造膜１４の表面には多数の微細な凹部１６が形成されているので、反射防止構造膜１４の表面には指紋や微細な異物等が付着しにくく、反射防止光学素子１１の表面が汚染されにくくなっている。一方、反射防止構造膜１４は、従来例に比較して凹部１６による開口率を小さくできるので、凹部１６間の壁厚が厚くなり、反射防止構造膜１４の押圧強度を高くすることができる。よって、反射防止光学素子１１の防汚性が高くなることによっ反射防止効果が経年的に低下しにくくなり、また押圧強度が高くなることによって耐久性が向上するので、反射防止光学素子１１の寿命が長くなる。
【００３７】
額縁部１７は図では幅を狭く描いているが、凹部１６の形成されている有効領域１８の面積は、額縁部１７及び傾斜面１９の面積よりも小さくなっている。有効領域１８よりも周囲の額縁部１７が高くなっているので、反射防止光学素子１１の上に他の部材が重ねられても他の部材が有効領域１８の領域に密着することがなく、反射防止光学素子１１の光学的特性が変化しにくくなっている。有効領域１８と額縁部１７で段差があるため、両者の境界や反射防止光学素子１１の表裏を視覚によって識別できるようになっている。
【００３８】
凹部１６を形成されている有効領域１８の判別を行い易いよう、額縁部１７の表面にはシボ加工を施しておいてもよい。よって、このシボ加工は、視覚によって認識できる程度の大きさ又は深さを有している必要がある。
【００３９】
また、額縁部１７と傾斜面１９との境界や傾斜面１９と有効領域１８の境界は、面取りをして滑らかな曲面により形成してもよい。あるいは、額縁部１７と有効領域１８との間の段差部分は傾斜面でなく、垂直な壁面となっていてもよい。あるいは、図５（ａ）に示すように、有効領域１８と額縁部１７とが同じ高さであっても、有効領域１８と額縁部１７との間に突壁部２０を突設することにより、有効領域１８の凹部１６を保護することができる。また、図５（ｂ）に示すように、額縁部１７が有効領域１８よりも高い場合であっても、有効領域１８と額縁部１７との間に突壁部２０を突設することにより確実に有効領域１８の凹部１６を保護することができる。
【００４０】
次に、入射光が可視光である場合に、その中心波長５５０ｎｍで最も反射率が低くなるように設計された反射防止光学素子１１の一具体化例を説明する。この反射防止光学素子１１では、反射防止膜１３は屈折率の異なる２層の透明薄膜１３ａからなり、薄膜層１５を合わせて３層構造となっている。以下詳細を説明する。
【００４１】
基板１２は、屈折率が１.５４の透光性ガラスからなり、適宜厚みを有している。反射防止膜１３は、屈折率が１.４６で膜厚が１００ｎｍの下層の透明薄膜１３ａと屈折率が１.３８で膜厚が１００ｎｍの上層の透明薄膜１３ａの２層によって構成されている。この透明薄膜１３ａは、一般的に使用されるＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＯＨ-５、ＳｉＯ２などの光学材料から２種の材料を選択して用いられている。反射防止構造膜１４は、屈折率が１.４６で膜厚が２００ｎｍの薄膜層１５の表面に多数の微細な凹部１６を形成したものである。薄膜層１５はフッ素を含有する光硬化性樹脂によって形成されている。凹部１６は円柱状をしており、ピッチｐが２００ｎｍで、かつ、平面視における開口率が５０％の六方配列となるように形成されている（凹部１６の半径は８６ｎｍ程度）。凹部１６の深さＤは１００ｎｍとなっており、反射防止構造膜１４のバッファ層の厚みＴが１００ｎｍとなっている。また、反射防止構造膜１４は、密着性を向上させるため、反射防止膜１３の上にプライマを塗布して反射防止膜１３に積層されている。
【００４２】
図６はこの反射防止光学素子１１の反射率をシミュレーションした結果を表わした特性図であって、比較のため３層の多層反射防止膜と４層の多層反射防止膜の反射率特性を合わせて表わしている。これらはいずれも５５０ｎｍで反射率が最小となるように設計されている。図６から分かるように、３層の多層反射防止膜と本発明の実施例１とを比較すると、同じ３層であっても、本発明の実施例１によれば波長依存性が小さくなることが分かる。また、４層の多層反射防止膜と本発明の実施例１とを比較すると、本発明の実施例１によれば４層の多層反射防止膜と同等以上の効果が得られるので、層数の低減が可能となる。
【００４３】
つぎに、本発明の実施例１による反射防止光学素子１１の製造方法を図７（ａ）〜（ｅ）により説明する。まず、基板１２の表面に蒸着法で反射防止膜１３を作製した（図７（ａ））後、反射防止膜１３の上にフッ素を含有した光硬化性樹脂２１（溶媒希釈樹脂）を塗布し（図７（ｂ））、スピンコートによって反射防止膜１３の上に光硬化性樹脂２１を薄く均一に広げ、これを乾燥させて溶媒を蒸発させて薄膜層１５を形成する（図７（ｃ））。
【００４４】
ついで、薄膜層１５の上にスタンパ２２を押圧して薄膜層１５の表面に額縁部１７、傾斜面１９及び有効領域１８を成形すると共に有効領域１８の表面に多数の凹部１６を形成する。その状態で基板１２側から薄膜層１５に紫外線（ＵＶ）を照射して薄膜層１５（光硬化性樹脂２１）を硬化させ、反射防止膜１３の上に反射防止構造膜１４を作製する（図７（ｄ））。このとき紫外線照射により薄膜層１５を硬化させることができるので、熱硬化型樹脂を用いる場合のように反射防止膜１３に熱負荷が掛からず、反射防止膜１３の特性を損ねる恐れがない。
【００４５】
この後、反射防止構造膜１４からスタンパ２２を離型して反射防止光学素子１１を得る（図７（ｅ））。額縁部１７と有効領域１８の間には傾斜面１９が形成されているので、スタンパ２２を離型するとき、容易に離型することができる。
【００４６】
図８（ａ）〜（ｅ）は反射防止光学素子１１の別な製造方法を説明する概略断面図である。この製造方法は熱転写式によるものである。まず、基板１２の表面に蒸着法で反射防止膜１３を作製した（図８（ａ））後、反射防止膜１３の上にシリコーン樹脂２３（溶媒希釈樹脂）をロール２４を用いて薄膜状に塗布し（図８（ｂ））、これを乾燥させて溶媒を蒸発させ薄膜層１５を形成する（図８（ｃ））。
【００４７】
ついで、薄膜層１５の上にスタンパ２２を押圧して薄膜層１５の表面に額縁部１７、傾斜面１９及び有効領域１８を成形すると共に有効領域１８の表面に多数の凹部１６を形成する。そのときスタンパ２２の上に置かれた加熱ヘッド２５でスタンパ２２を加熱し、シリコーン樹脂２３を熱硬化させて反射防止膜１３の上に反射防止構造膜１４を作製する（図８（ｄ））。この後、反射防止構造膜１４からスタンパ２２を離型すれば、反射防止光学素子１１が得られる（図８（ｅ））。
【００４８】
なお、上記実施例においては、凹部１６は一定サイズの断面形状を有する柱状に形成されていたが、凹部１６はこのような形状のものに限らない。例えば、円錐状のもの、半球状のもの、あるいは断面が二次関数形状（例えば、回転放物面状）をしたものなど、開口側から底に向けて徐々に断面積が小さくなった凹部１６であってもよい。これら形状の凹部１６では、開口側で広くなっているので、成形時にスタンパを離型し易く成形性がよい。また、反射防止構造膜１４における実効的な屈折率が徐々に変化するので、反射防止の効果もより向上する。
【００４９】
凹部１６はその開口率が約５０％であれば、反射防止効果と凹部１６の押圧強度とのバランスがよく、反射防止効果と押圧強度とを両立できる。また、凹部１６の開口率が４０％以下であれば、凹部１６の押圧強度を高めることができ、凹部１６の開口率が６０％以上であれば、凹部１６による反射防止効果を高めることができる。ここで、円錐状の凹部１６のように深さ方向で断面積が変化する凹部１６の場合には、凹部１６のどの位置（深さ）で計算するかによって開口率が変化する。従って、凹部１６の開口率は次のように定義する。凹部１６の上端（開口）と下端（底）の中央を通過する水平断面において、有効領域１８の面積に対する凹部１６（反射防止構造）の全断面積の割合に１００を掛けたものを開口率（％）という。
【００５０】
また、凹部１６の深さは有効領域１８における反射防止構造膜１４の厚みと等しくて、凹部１６が薄膜層１５の底面まで貫通していてもよい。従って、薄膜層１５のバッファ層の厚みＴは０ｎｍ〜４００ｎｍが好ましく、特に１００ｎｍとすれば干渉により反射率を低減させることができ反射率０.１％以下の特性を達成することができる。
【実施例２】
【００５１】
図９は本発明の実施例２による反射防止光学素子３１を示す断面図である。この反射防止光学素子３１では、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＯＨ-５、ＳｉＯ２などの光学材料から屈折率の異なる２種の材料を選択し、その材料を用いて屈折率の異なる透明薄膜１３ａを交互に５層積層して反射防止膜１３を作製している。反射防止構造膜１４は、フッ素を含有する樹脂からなる薄膜層１５に多数の微細な凹部１６を形成したものであり、密着性を上げるためにプライマを介して反射防止膜１３の表面に積層されている。よって、反射防止光学素子３１は全部で６層となっている。
【００５２】
実施例２の反射防止光学素子３１でも、可視光の反射を抑制するためには、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域で反射率が小さくなるようにすればよく、特にその中央の５５０ｎｍの波長で反射率が最小となるようにすればよい。
【００５３】
図１０は、波長５５０ｎｍで反射率が最小となった実施例２の反射防止光学素子３１（６層）の反射率をシミュレーションした結果と、波長５５０ｎｍで反射率が最小となった実施例１の反射防止光学素子１１（３層）の反射率をシミュレーションした結果とを表わした特性図である。図１０によれば、実施例２の反射防止光学素子３１では、４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域で実施例１の反射防止光学素子１１よりも良好な反射率特性を得られることが分かる。また、図１０によれば、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域では実施例１の反射防止光学素子１１でも実施例２の反射防止光学素子３１と同等の反射率特性を得られることが分かる。
【００５４】
なお、実施例２では全部で６層の反射防止光学素子３１を説明したが、反射防止膜１３を構成する透明薄膜１３ａの層数は５層以外の何層であっても差し支えない。また、実施例２では２種類の透明薄膜１３ａを交互に積層したが、透明薄膜１３ａの種類は何種類であってもよく、また同種の透明薄膜１３ａが隣接しない限りどのような順序で積層してもよい。例えば、密着性のよい透明薄膜１３ａどうしが重なり合うように積層すればよい。つまり、目的とする反射率特性に合わせて、透明薄膜１３ａの層数、用いる材料の種類やその種類の数、積層順序などを任意に組み合わせればよい。
【実施例３】
【００５５】
図１１は本発明の実施例３による反射防止光学素子４１の構造を示す断面図である。実施例３の反射防止光学素子４１にあっては、反射防止構造膜１４の有効領域１８に凹部に代えて多数の微細な凸部４２（反射防止構造）を形成している。凸部４２は円柱状、楕円柱状、角柱状などの形状を有している。反射防止構造として凸部４２を設けた場合でも、凹部１６を設けた場合と同様な作用効果を奏し、反射防止の効果と防汚効果と押圧強度を得ることができ、また透明薄膜１３ａ等の層数を減らすことができる。
【００５６】
また、実施例１及び２で述べた凹部１６の深さＤや密度、配置、開口率などに関する好ましい条件は、凹部１６の深さＤを凸部４２の高さＨと読み替えて適用することができる。例えば、可視光の反射を防止する用途の場合には、凸部４２の高さＨは４００ｎｍ以下にすればよい。また、凸部４２の高さＨが５０ｎｍよりも小さくなると、反射防止構造膜が微小なゴミや油膜（指紋等）などで汚染されるのを防止する効果（防汚効果）が損なわれるので、凸部４２の高さＨは５０ｎｍ以上にしておくのが望ましい。特に、凸部４２の高さＨを１００ｎｍとすれば、反射防止構造膜１４による反射率を０.１％以下に抑えることができ、また防汚効果も良好となる。また、凸部４２の高さＨを入射光の波長λの１／４にすれば（Ｄ＝λ／４）、薄膜層１５の表面における反射光と凸部４２の頂面における反射光を干渉させて反射光を低減させることができる。ただし、バッファ層の厚みＴは、有効領域１８における薄膜層１５の膜厚となる。
【００５７】
また、凸部４２は一定サイズの断面形状を有する柱状に形成されたものに限らず、例えば円錐状のもの、半球状のもの、あるいは断面が二次関数形状（例えば、回転放物面状）をしたものなど、底面から頂部に向けて徐々に断面積が小さくなった凸部４２であってもよい。これら形状の凸部４２では、頂部で狭くなっているので、成形時にスタンパを離型し易く成形性がよい。また、反射防止構造膜１４における実効的な屈折率が徐々に変化するので、反射防止の効果もより向上する。
【００５８】
凸部４２はその開口率が約５０％であれば、反射防止効果と凹部１６の押圧強度とのバランスがよく、反射防止効果と押圧強度とを両立できる。また、凸部４２の開口率が４０％以下であれば、凸部４２の押圧強度を高めることができ、凸部４２の開口率が６０％以上であれば、凸部４２による反射防止効果を高めることができる。ここで、円錐状の凸部４２のように高さ方向で断面積が変化する凸部４２の場合には、凸部４２のどの位置（高さ）で計算するかによって開口率が変化する。従って、凸部４２の開口率は次のように定義する。凸部４２の上端（頂部）と下端（底面）の中央を通過する水平断面において、有効領域１８の面積に対する凸部４２（反射防止構造）間の空間の全断面積の割合に１００を掛けたものを開口率（％）という。
【００５９】
また、図１２に示すように、薄膜層１５の表面に凹部１６と凸部４２が一緒に形成されていてもよい。この場合にも、凹部１６と凸部４２からなる反射防止構造の開口率は、凹部１６及び凸部４２の上端（頂部）と下端（底部）の中央を通過する水平断面Ｋにおいて、有効領域１８の面積に対する空間（凹部１６及び凸部４２間の空間）の全断面積の割合に１００を掛けたものを開口率（％）という。
【実施例４】
【００６０】
図１３は本発明の実施例４にかかる反射防止光学素子５１の構造を示す断面図である。実施例４の反射防止光学素子５１にあっては、有効領域１８の外周部に形成されている額縁部１７が、有効領域１８よりも低くなっていて有効領域１８よりも引っ込んでいる。このような構造によれば、有効領域１８にゴミなどの異物が付着しても異物が額縁部１７へ落ち易く、有効領域１８の防汚性能が高くなる。
【００６１】
図１３においては、額縁部１７と有効領域１８との間は傾斜面１９となっているが、額縁部１７と傾斜面１９との境界や傾斜面１９と有効領域１８の境界は、面取りをして滑らかな曲面により形成してもよい。あるいは、額縁部１７と有効領域１８との間の段差部分は傾斜面でなく、垂直な壁面となっていてもよい。
【実施例５】
【００６２】
図１４は本発明の実施例５（応用例）を示す断面図であって、撮像装置（カメラ）６１を表わしている。この撮像装置６１では、ケーシング６２内の底面にＣＣＤセンサ６３（ＣＭＯＳセンサでもよい。）を設置してあり、ケーシング６２の開口部は保護ガラス６４で塞がれている。この保護ガラス６４の表面には、保護ガラス６４を基板１２として反射防止光学素子６５が形成されており、反射防止光学素子６５の反射防止構造を形成された面はケーシング６２の外面側に向けられている。また、ＣＣＤセンサ６３と対向する位置にはレンズ６６が設けられている。
【００６３】
この撮像装置６１では、レンズ６６から画像情報を持った光を取り込み、ＣＣＤセンサ６３により画像の記録を行なう。また、ＣＣＤセンサ６３から出力されたデータは電荷というアナログデータであるから、デジタルデータとして画像を得るには画像処理系６７を通して数値データに変換する。
【００６４】
このような撮像装置６１に本発明にかかる反射防止光学素子６５を用いれば、保護ガラス６４の表面の反射率を下げることにより、強い光が入り込んだときに保護ガラス６４の表面で反射した光がレンズ６６や撮像装置６１の内部で乱反射を起し、フレア（写真が白っぽくなったり、光がにじんだりするもの）やゴースト（光源とは違った場所にできる光の輪や玉）を引き起こすことを防ぐことができる。しかも、レンズ６６を交換する際に発生する反射防止光学素子６５の汚れに対し、防汚効果が得られる。また、押圧強度が高いので、レンズ６６を交換する際に反射防止光学素子６５が押圧されても反射防止光学素子６５の表面が損傷を受けにくい。
【実施例６】
【００６５】
図１５は本発明の実施例６（応用例）を示す断面図であって、表示装置（プロジェクタ）７１を表わしている。この表示装置７１にあっては、液晶ユニット７２の表裏両面にそれぞれ透明な接着剤７３で本発明にかかる反射防止光学素子７４を接合している。表裏いずれの反射防止光学素子７４も、反射防止構造を形成された面は外側に向けられている。また、液晶ユニット７２の裏面側（光入射側）には光源７５を設置し、液晶ユニット７２の表面側（光出射側）にはレンズ７６を設けている。
【００６６】
この表示装置７１では、光源７５から出射した光を液晶ユニット７２に透過させることによって画像情報を持たせ、画像情報を持った光をレンズ７６を通してスクリーン７７に投射してスクリーン７７に画像を投影する。
【００６７】
このような表示装置７１に本発明にかかる反射防止光学素子７４を用いれば、液晶ユニット７２へ光源７５からの光が入射する際に、液晶ユニット７２の光入射側表面における反射を反射防止光学素子７４によって低減し、表示装置７１の内部で起こる乱反射による画像を乱れを防ぐことができる。また、光出射側の反射防止光学素子７４では反射防止構造を形成された面が光出射側（空気層側）を向いているので、光入射側と同様に反射防止効果と防汚効果を奏する。また、ＤＬＰ(Digital Light Processing)やＬＣＯＳ(Liquid Crystal On Silicon)などの反射光学系を用いた表示素子においても適用可能となる。
【実施例７】
【００６８】
図１６は本発明の実施例７（応用例）を示す断面図であって、煙感知センサ８１を表わしている。煙感知センサ８１は、煙の侵入する開口８２を有するチャンバ８３を備えており、チャンバ８３内には受光素子８４が設置されている。受光素子８４の表面には、反射防止構造を形成された面が外側を向くようにして本発明にかかる反射防止光学素子８５が設けられている。また、チャンバ８３内には、直接に受光素子８４に入射しない方向へ向けて光源８６からの光が導入されている。
【００６９】
しかして、チャンバ８３内に煙粒子８７が存在しない場合には、光源８６からの光は、受光素子８４で受光されない。これに対し、チャンバ８３内に煙粒子８７が浮遊している場合には、チャンバ８３内に導入された光源８６の光は煙粒子８７に散乱され、受光素子８４が受光するので煙粒子８７が検知される。受光素子８４が煙粒子８７を検知すると、処理回路８８によって検知信号が出力される。
【００７０】
このような煙感知センサ８１において本発明にかかる反射防止光学素子８５を用いれば、受光素子８４の表面の反射率を下げることにより、煙感知センサ８１の感度を高めることができる。また、反射防止光学素子８５の防汚効果が高いので、反射防止光学素子８５によって受光素子８４の表面に煙粒子８７が固着するのを防ぎ、煙感知センサ８１のＳ／Ｎ比の長期的な低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１は、本発明の実施例１による反射防止光学素子を示す斜視図である。
【図２】図２は、実施例１による反射防止光学素子の平面図である。
【図３】図３は、実施例１による反射防止光学素子の断面図である。
【図４】図４は、湾曲した基板の曲面に反射防止膜及び反射防止構造膜を作製した反射防止光学素子の部分拡大断面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、有効領域と額縁部の間に形成された突壁部を示す部分拡大断面図である。
【図６】図６は、実施例１の反射防止光学素子と３層の多層反射防止膜と４層の多層反射防止膜の反射率をシミュレーションした結果を表わした特性図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｅ）は、実施例１による反射防止光学素子の製造方法を説明する概略断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｅ）は、実施例１による反射防止光学素子の別な製造方法を説明する概略断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施例２による反射防止光学素子を示す断面図である。
【図１０】図１０は、波長５５０ｎｍで反射率が最小となった実施例２の反射防止光学素子（６層）の反射率と、波長５５０ｎｍで反射率が最小となった実施例１の反射防止光学素子（３層）の反射率とをシミュレーションした結果を表わした特性図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例３による反射防止光学素子の構造を示す断面図である。
【図１２】図１２は、薄膜層の表面に形成された凹部と凸部からなる反射防止構造を示す一部破断した断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例４にかかる反射防止光学素子の構造を示す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例５（応用例）を示す断面図であって、撮像装置（カメラ）を表わしている。
【図１５】図１５は、本発明の実施例６（応用例）を示す断面図であって、表示装置（プロジェクタ）を表わしている。
【図１６】図１６は、本発明の実施例７（応用例）を示す断面図であって、煙感知センサを表わしている。
【符号の説明】
【００７２】
１１      反射防止光学素子
１２      基板
１３      反射防止膜
１３ａ      透明薄膜
１４      反射防止構造膜
１５      薄膜層
１６      凹部
１７      額縁部
１８      有効領域
１９      傾斜面
２０      突壁部
２１      光硬化性樹脂
２２      スタンパ
２３      シリコーン樹脂
３１      反射防止光学素子
４１      反射防止光学素子
４２      凸部
５１      反射防止光学素子
【図１】
2007322572.tif 000003
【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】
2007322572.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2007322572.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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