(57)【要約】    【課題】  微細部により反射防止特性を得る光学素子において、成形などの製造上の難易度を上げることなく、高性能の反射防止構造を有する光学素子を及びそれを用いた光学系を得ること。    【解決手段】  基板と、前記基板面上に設けられた凸部又は凹部を有する複数の微細部とを有し、反射防止性を有する光学素子であって、前記複数の微細部が配置される周期が、使用光の任意の波長の１／４倍以上１倍以下の周期であり、前記複数の微細部のうち第１の微細部が、前記複数の微細部のうち第２の微細部に対して前記基板の厚さ方向にシフトしていること。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板面上に設けられた凸部又は凹部を有する複数の微細部とを有し、反射防止性を有する光学素子であって、
前記複数の微細部が配置される周期が、使用光の任意の波長の１／４倍以上１倍以下の周期であり、
前記複数の微細部のうち第１の微細部が、前記複数の微細部のうち第２の微細部に対して前記基板の厚さ方向にシフトしていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記微細部は、凹凸形状が反転した形状を金型上に形成し、該金型を用いて成形転写されたもの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】
前記微細部の高さは、使用する光の波長の任意波長の１／５以上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４】
前記第1の微細部を前記基板の厚さ方向にシフトさせる範囲は、前記微細部の高さの１／１０以上１／２以下の範囲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５】
前記第１の微細部を前記基板の厚さ方向にシフトさせる範囲は、使用する光の波長の任意波長の１／４０以上１／８以下の範囲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６】
前記微細部の前記基板の厚さ方向にシフトしている第１の微細部の周期Ｐａは、該微細部が形成された該基板の面内方向において、該微細部の周期Ｐより大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
前記微細部の前記基板の厚さ方向にシフトしている第1の微細部の周期Ｐａは、該微細部が形成された該基板の面内方向において、使用する光の波長の任意波長以下であることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記複数の微細部は、その周期Ｐに対する高さｄの比ｄ／Ｐに比べて、一部の微細部を前記基板の厚さ方向にシフトさせる周期Ｐａに対するシフト量ｄａの比ｄａ／Ｐａが小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項９】
前記使用する光は可視光であることを特徴とする請求項１、３又は５に記載の光学素子。
【請求項１０】
請求項１から９に記載の光学素子を有することを特徴とする光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学素子及びそれを有する光学系に関し、例えば光学部材の表面（光入出射面）に反射防止性を有する複数の微細部を設け、反射防止を効果的に行った光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス、プラスチックなどの透光性媒質を用いた光学素子においては、表面反射による光を減少させるために光入出射面に反射防止膜を設けるなどの表面処理を施している。例えば可視光に対する反射防止膜としては、薄膜の誘電体膜を複数層重ねた多層膜のものが知られている。この多層膜は、透光性の基板表面に真空蒸着等により金属酸化物等の薄膜を成膜して形成されている。
【０００３】
また光学素子に用いる反射防止構造として図９に示すように基板１４上に複数の微細部（微細凹凸形状）１５を有する領域（微細凹凸領域）１３を形成した構成が知られている。（非特許文献１参照）。
【０００４】
図９に示す光学素子１１をｙｚ断面で切断した拡大断面図を図１０（ａ）に示す。
【０００５】
一般に光学素子の表面に図１０（ａ）に示されるような周期構造を有する複数の微細部１５が形成された場合、この表面に入射した光は回折する。この場合、回折方向は以下の式で求められる。
【０００６】
ｎ２・ｓｉｎθ２−ｎ１・ｓｉｎθ１＝ｍλ／Ｐ        （１）
ここで、ｎ１は入射媒質１２の屈折率、ｎ２は射出媒質１４の屈折率、θ１は入射角、θ２は射出角（回折角）、ｍは回折次数、λは使用光の波長、Ｐは格子周期（周期）である。
【０００７】
周期（間隔）Ｐが狭くなることで０次回折光しか発生しなくなった状態での微細部１５は、特定の屈折率を有する薄膜のような作用をする。
【０００８】
例えば媒質の屈折率ｎ２＝１．５と空気（屈折率ｎ１＝１）の界面に図９に示す微細部（矩形格子）１５が媒質と空気の体積比率５０％で形成された場合、この微細部１５は媒質と空気の中間の屈折率ｎｅｆｆ＝１．２５の薄膜のように振る舞う。そして微細部１５の高さｄをｎｅｆｆ×ｄが使用波長λの１／４となるように設定すれば、この微細部１５は反射防止膜として機能する。
【０００９】
図１０（ｂ）に図１０（ａ）の微細部１５の基板１４の厚さ方向（深さ方向）の等価屈折率ｎを示す。図１０（ｂ）において横軸が各領域における屈折率ｎ、縦軸が基板１４からの深さｄを示している。これは単層の反射防止膜と同じ構成である。
【００１０】
さらにこの微細部１５の形状を図１１、図１２に示すような錐形状とすることで屈折率ｎが光学素子の表面で連続的に変化する膜と同様の作用となる（特許文献１参照）。
【００１１】
このような微細部１５を表面に持つ光学素子の製法として、成形用金型の表面に該微細部１５を形成し、その型でプラスチック樹脂などを成形するものが知られている（特許文献２参照）。
【００１２】
また金型の表面に微細凹凸のレジストパターンを形成した後、反応性イオンエッチングなどの異方性エッチングを施し、レジストパターンを除去して微細部を作製する方法も提案されている。（特許文献１参照）。
【００１３】
或いは陽極酸化ポーラスアルミナとエッチングを繰り返すことで、擬似円錐形状を型に形成する方法なども知られている（特許文献３参照）。
【００１４】
その他に前述したような周期構造ではなく、ランダムな形状を有する反射防止構造として、ナノ微粒子を型に吹き付けることで微細部を形成する製法も提案されている（特許文献４参照）。
【００１５】
また成形状況を鑑みて光学素子として使いこなすために成形された形状の理想形状からのずれを規定する提案がなされている（特許文献５、６参照）。
【００１６】
図１３（ａ）は特許文献５に開示されている反射防止構造を有する光学素子１１の拡大断面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の微細部１５の厚さ方向の等価屈折率を示す説明図である。特許文献５においては成形時の転写率を７０％以上に規定することで、理想的な錐形状で得られる反射防止性能からの光学性能の劣化を低減している。
【００１７】
図１４（ａ）は特許文献６に開示されている反射防止構造を有する光学素子１１の拡大断面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の微細部１５の厚さ方向の等価屈折率を示す説明図である。特許文献６においては理想的な錐形状から先端が欠けた形状にすることで型の微細凹部への樹脂の充填性（転写性）を改善している。
【００１８】
図１４（ａ）における光学素子１１は微細部１５の先端が欠けた形状なので、空気との界面に屈折率の不連続部が形成され、フレネル反射が発生する。
【００１９】
このように上記従来の特許文献５、６では、成形の困難さから理想的な錐形状を得ることができない状況において比較的、光学性能の劣化がないような形状を規定している。
【特許文献１】特開２００１−２７２５０５号公報
【特許文献２】特開昭６２−９６９０２号公報
【特許文献３】特開２００５−１５６６９５号公報
【特許文献４】特開２００２−２８６９０６号公報
【特許文献５】特開２００４−２８７２３８号公報
【特許文献６】特開２００５−１７３４５７号公報
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，Vｏｌ．２５，Ｎｏ．２４，ｐｐ４５６２−４５６７，（１９８６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
微細凹凸構造より成る微細部を複数個、基板上に形成して高性能な反射防止特性を得るには、微細部の形状や基板上への配置条件等、適切に設定することが重要である。
【００２１】
また微細部の形状としては成形が容易であることが重要である。微細部の構成が適切でないとフレネル反射が増加したり、不要な回折光が生じ、反射特性が低下してくる。また微細部の製造が難しく、微細部の形状が設計形状より外れると良好なる反射防止効果が得られなくなってくる。
【００２２】
本発明は成形などの製造上の難易度を上げることなく高性能の反射防止性を有する光学素子の提供を目的とする。さらに本発明の光学素子を光学系に用いることで不要な回折光やフレア光が発生しない良好な光学性能を有する光学系の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
請求項１の発明の光学素子は、
基板と、前記基板面上に設けられた凸部又は凹部を有する複数の微細部とを有し、反射防止性を有する光学素子であって、
前記複数の微細部が配置される周期が、使用光の任意の波長の１／４倍以上１倍以下の周期であり、
前記複数の微細部のうち第１の微細部が、前記複数の微細部のうち第２の微細部に対して前記基板の厚さ方向にシフトしていることを特徴としている。
【００２４】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記微細部は、凹凸形状が反転した形状を金型上に形成し、該金型を用いて成形転写されたものであることを特徴としている。
【００２５】
請求項３の発明は請求項１の発明において、
前記微細部の高さは、使用する光の波長の任意波長の１／５以上であることを特徴としている。
【００２６】
請求項４の発明は請求項１の発明において、
前記第1の微細部を前記基板の厚さ方向にシフトさせる範囲は、前記微細部の高さの１／１０以上１／２以下の範囲であることを特徴としている。
【００２７】
請求項５の発明は請求項１の発明において、
前記第１の微細部を前記基板の厚さ方向にシフトさせる範囲は、使用する光の波長の任意波長の１／４０以上１／８以下の範囲であることを特徴としている。
【００２８】
請求項６の発明は請求項１の発明において、
前記微細部の前記基板の厚さ方向にシフトしている第１の微細部の周期Ｐａは、該微細部が形成された該基板の面内方向において、該微細部の周期Ｐより大きいことを特徴としている。
【００２９】
請求項７の発明は請求項６の発明において、
前記微細部の前記基板の厚さ方向にシフトしている第1の微細部の周期Ｐａは、該微細部が形成された該基板の面内方向において、使用する光の波長の任意波長以下であることを特徴としている。
【００３０】
請求項８の発明は請求項１の発明において、
前記複数の微細部は、その周期Ｐに対する高さｄの比ｄ／Ｐに比べて、一部の微細部を前記基板の厚さ方向にシフトさせる周期Ｐａに対するシフト量ｄａの比ｄａ／Ｐａが小さいことを特徴としている。
【００３１】
請求項９の発明は請求項１、３又は５の発明において、
前記使用する光は可視光であることを特徴としている。
【００３２】
請求項１０の発明の光学系は、
請求項１から９に記載の光学素子を用いたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば成形などの製造上の難易度を上げることなく高性能の反射防止性を有する光学素子を達成することができる。さらに本発明によれば上記光学素子を光学系に用いることで不要な回折光やフレア光が発生しない良好な光学性能を有する光学系を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１は本発明の実施例１の反射防止性（反射防止構造）を有する光学素子の要部斜視図である。
【００３６】
同図において１は光学素子であり、プラスチック樹脂又は紫外線硬化樹脂からなり、基板４上の表面（光入出射面）には、凸部または凹部より成る複数の微細部（微細凹凸形状）５を設けた領域（微細凹凸領域）３が形成されている。
【００３７】
微細部５の周期（間隔）Ｐが、入射する光の波長λより短い場合、垂直入射において±１次以上の反射回折光は発生せず、０次反射回折光のみとなる。本実施例の光学素子１では透過光を利用するのが一般的なので透過光においても回折が発生しないのが望ましい。その場合は、微細部５の周期Ｐが入射する光の波長λの１／（ｎ２）以下であれば垂直に入射した透過光も０次透過回折光のみとなる。
【００３８】
さらにレンズなどの光学素子には、垂直入射光だけではなく、様々な入射角で光が入射する。この場合は、 前述の(１)式より透過、反射回折光が発生しないように微細部５の周期Ｐを決定すれば良い。
【００３９】
例えば波長４００〜７００ｎｍの可視光を用いる場合、前述した回折光が発生しない場合の微細部５の周期Ｐは４００ｎｍ以下であることが必要である。さらには透過回折光や特定の入射角で入射する光に対する回折光が発生しないようにするには、周期Ｐは２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
本実施例における複数の微細部５は隣り合う凸部または凹部の周期Ｐが使用する光の波長の任意波長λの１／４倍以上１倍以下の範囲で設けられており、入射光が透過及び反射する際に０次以外の回折光が発生しないように、その周期Ｐが決定されている。尚、使用する光の波長（以下、「使用波長」と称す。）λは可視光の波長４００〜７００ｎｍの範囲内の波長である。
【００４１】
また本実施例における複数の微細部５０のうち一部の微細部(第1の微細部)は、他の微細部(第２の微細部)に対して基板４の厚さ方向（深さ方向）で、幅ｄａの範囲内でシフトするように構成されている。微細部５の凸部または凹部の基板４からの高さｄは使用波長λの１／５以上で形成されている。
【００４２】
ここで第１、第２の微細部は各々単一または複数の微細部５より成っている。
【００４３】
この微細部５の凹凸形状（凸部または凹部の形状）は、錐形状または釣鐘形状よりなり、その形状のパターンが図１におけるｘｙ方向に周期的に配列された構造より成っている。
【００４４】
本実施例では、これによりフレネル反射が大幅に低減され、通常の薄膜より優れた反射防止効果が得られる。この微細部５の高さｄは高い方が、なだらかに屈折率ｎが変化する膜となるため好ましく、使用する光の波長λの１／５倍以上とし、反射防止として機能させている。
【００４５】
また微細部５の形状としては、錐形状または釣鐘形状とすることで図９に示した１次元格子形状と異なり、等価屈折率の偏光依存性を低減でき、反射防止などの応用には好ましい。またこの場合の微細部５の周期Ｐは、前述の（１）式を２次元格子に拡張した式を用いればよく、２次元格子へ入射した光が０次回折光以外発生しないように格子周期Ｐを決定すればよい。
【００４６】
またこの微細部５は、凹凸形状が反転した形状を金型上に形成し、該金型を用いて成形転写されている。
【００４７】
尚、微細部５は基板４と同一材料であっても良い。
【００４８】
この製法では、光学素子１の成形と同時に反射防止構造を形成することが可能となるため、通常の薄膜の反射防止膜と異なり、反射防止処理を施す追加の工程がなくなり製造が容易となる。
【００４９】
微細部５の凹凸形状は、釣鐘形状に限ることはない。例えば図９に示す１次元周期構造の場合は、三角形状、台形形状、矩形形状等であっても良い。また２次元周期構造の場合は、円錐形状、円錐台形状、四角錘形状、円柱形状等であっても良い。
【００５０】
さらに２次元周期構造の場合、複数の微細部５の配列も図１に示したｘｙ方向に周期を持つ配列の他に三角配列などの配列であっても良い。また周期も図１に示したようにｘｙ方向で同じにする必要は無い。例えばレンズや平行平面板などの透過型の光学素子の表面（曲面や平面）に反射防止機能を付加した光学素子として用いる場合には、該光学素子への入射角の変化に応じて場所毎やｘｙ方向で別々な周期で設定しても良い。
【００５１】
次に本実施例の光学素子１の特徴について図２（ａ）,（ｂ）を用いて説明する。
【００５２】
図２（ａ）は図１の光学素子のｙｚ平面での断面形状を表わす模式図（拡大断面図）である。図２（ｂ）は図２（ａ）で示した断面形状の厚さ方向の等価屈折率を表わす説明図である。
【００５３】
本実施例では図２（ａ）に示すように周期Ｐ、高さ（深さ）ｄの構造より成る複数の微細部５を、幅（シフト量）ｄａ、周期Ｐａで厚さ方向にシフトさせている。これにより図２（ｂ）に示すように等価屈折率の変化する領域の幅がＤとなる。微細部５をシフトさせない場合の等価屈折率の変化する領域の幅は、微細部５の高さｄとなるので、それに対しては本実施例では等価屈折率の変化する領域の幅Ｄが広がっている。つまり、よりなだらかに等価屈折率が変化していることとなる。そして屈折率の変化する幅が増える程、反射防止効果は改善される。また、本実施例の効果は、屈折率の変化する幅を微細部５だけで達成しようとした場合、微細部５の高さｄをＤまで高くすることと等価である。微細部の高さを高くすることは、微細形状が尖ってくることを意味している。そのため、前述したような型に微細凹凸形状を製作し、プラスチック樹脂などを成形することで光学素子を得ようとした場合、転写性や離型性が困難となる方向である。本実施例は、微細部の形状を変えずに屈折率の変化する幅を増やせるので、高性能な反射防止性能を得るのに適している。さらに、高性能な反射防止特性を得るためには図２(ａ)、（ｂ）に示すように領域（微細凹凸領域）３の屈折率変化が、厚さ方向に線形に変化するのが望ましい。
【００５４】
次に本実施例の特徴である第１の微細部のシフトのさせ方について説明する。
【００５５】
図２では第1の微細部が複数の微細部５より成っている場合の周期Ｐａを示している。第1の微細部が単一の微細部５より成っていても良い。
【００５６】
最初に第１の微細部の厚さ方向のシフト量ｄａについて説明する。図３は等価屈折率の変化する領域の幅Ｄを変化させた場合の反射防止性能（幅Ｄと反射率との関係）を示したグラフである。図３において横軸は可視域の波長を表わし、縦軸は光学素子の反射率を表わしている。
【００５７】
本実施例において光は光学素子面に垂直に入射するとし、入射側の媒質ｎ１を空気、射出側の媒質ｎ２をＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）とする。そして格子周期Ｐは等価屈折率が成り立つだけ十分小さいとし、等価屈折率の変化する領域の幅Ｄの等価屈折率が図２（ｂ）に示すように厚さ方向に線形に変化するものとしている。図３におけるグラフは等価屈折率の変化する領域の幅Ｄを０、１００、１５０、２００、２５０ｎｍの深さにしたときの波長に対する反射率を表わしている。等価屈折率の変化する領域の幅Ｄが０ｎｍとは微細部５がない場合で、表面でフレネル反射が発生している。図３より等価屈折率の変化する領域の幅Ｄが１００ｎｍ以上あれば、十分な反射防止特性が得られていることが分かる。また等価屈折率の変化する領域の幅Ｄが１００ｎｍから１５０ｎｍ、１５０ｎｍから２００ｎｍへ増えると反射率が１／２以上低減していることが分かる。
【００５８】
図４は図３と同様の光学素子の構成で横軸を等価屈折率の変化する領域の幅Ｄとしたグラフである。可視域の波長４００、５５０、７００ｎｍでの反射率を表わしている。いずれの波長でも極小値と極大値を繰り返しながら等価屈折率の変化する領域の幅Ｄが深くなるほど反射率は低減している。特に等価屈折率の変化する領域の幅Ｄが１００ｎｍから２００ｎｍで反射率の低減は顕著である。この範囲では等価屈折率の変化する領域の幅Ｄがわずか２０ｎｍ増加しただけで反射防止特性は０．５から０．７％程度低減する。例えば形状としては微細部５の高さｄを１００ｎｍとし、シフト量ｄａを２０ｎｍにすれば、等価屈折率の変化する領域の幅Ｄとしては１２０ｎｍの範囲で屈折率ｎが変化していることとなる。微細部５の高さｄとシフト量ｄａの組み合わせは、様々な組み合わせを考えることができる。
【００５９】
製造上の難易度を悪化させずに反射防止特性を改善するためには、シフト量（第１の微細部を厚さ方向にシフトさせる範囲）ｄａを微細部５の高さｄの１／１０以上１／２以下の範囲とすることが望ましい。
【００６０】
微細部５の高さｄに対しシフト量ｄａが１／１０以下だと反射防止特性の改善効果が少なく好ましくない。またシフト量ｄａが１／２以上だとシフトさせる形状が製造に与える影響が大きくなってしまうので好ましくない。また後述するように第１の微細部をシフトさせる周期Ｐａによっては０次回折光以外の不要回折光の強度が強くなるなど、反射防止特性以外の光学性能への悪影響が大きくなる。
【００６１】
次に第１の微細部を厚さ方向にシフトさせる周期Ｐａ（図２参照）について説明する。
【００６２】
まず微細部５の周期Ｐと高さｄの比ｄ／Ｐをアスペクト比Ｒｄと定義する。このアスペクト比Ｒｄに対し、第１の微細部を厚さ方向にシフトさせる周期Ｐａとシフト量ｄａの比ｄａ／Ｐａをアスペクト比ＲＤと定義する。
【００６３】
本実施例では微細部５に起因する成形などの製造上の難易度を上げることなく、高性能の反射防止構造を有する光学素子を実現することである。そのため、Ｒｄ≧ＲＤとなるようにシフトさせる周期Ｐａとシフト量ｄａを決定することが必要である。そうでないとシフトさせたことにより微細部５よりもアスペクト比の高い構造を成形することが必要となり、製造上の難易度が増加する。
【００６４】
本実施例では図２（ａ）に示したように第１の微細部を厚さ方向にシフトさせる周期Ｐａの値を、微細部５が形成された素子面の面内方向において、該微細部５の周期Ｐより大きくなるように設定している。ここで周期Ｐａが周期Ｐより大きな場合の特性について説明する。
【００６５】
背景技術の欄でも説明したように微細部５の周期Ｐは０次回折光が発生しないように決定している。即ち、周期Ｐが入射する光の波長より短くなるように設定している。それに対しシフトさせる周期Ｐａの値が使用波長より大きい場合、入射角などの条件によっては０次回折光以外の回折光が発生する。即ち、シフトさせる周期Ｐａが使用波長より大きくなると、さらに高次の回折光が発生する。よって反射防止特性を持つ光学素子としてはシフトさせる第１の微細部の周期Ｐａは微細部５が形成された素子面の面内方向において、使用波長以下であることが好ましい。
【００６６】
また上述したようにシフト量ｄａを大きくするのが高性能な反射防止特性を得る上では好ましいが、シフト量ｄａが大きくなりすぎると回折光の強度が大きくなるので光学素子としては好ましくない。
【００６７】
尚、第１の微細部のシフトの周期Ｐａは、微細部５が形成された素子面の面内方向において、周期的でも、あるいはランダムであっても良い。
【００６８】
図５に０次回折光以外の透過回折光が発生する周期での０次透過率を示す。図５において横軸は波長、縦軸は０次透過率を表わしており、微細部５のシフト量ｄａと０次透過光との関係を示している。０次透過率は全透過光量の中で０次透過光の占める割合である。第１の微細部のシフト量ｄａは図５に示すように正弦波形状にシフトさせ、その振幅（シフト量）ｄａを１０、２０、５０、７５ｎｍと変化させている。シフト量ｄａが大きくなるほど、０次透過率が低下していることが分かる。
【００６９】
図５からシフト量ｄａは５０ｎｍ以下であることが好ましい。より正確には短波長側の低下が顕著なので、シフト量ｄａは、短波長側の波長の１／８以下の範囲であることが好ましい。望ましくは使用波長の１／４０以上１／８以下の範囲が良い。
【００７０】
実際は光学系の中に本実施例の光学素子を用いた場合における０次以外の回折光の振る舞いを調べ、０次以外の回折光の許容量を決定してあげればよい。
【００７１】
図６は図５と同様のグラフであり、第１の微細部のシフトのさせ方を図６に示すように矩形形状とした場合である。この場合もシフト量ｄａが大きくなるほど０次透過率が低下していることが分かる。図５、図６より第１の微細部のシフトのさせ方によって０次透過率の低下具合は変化することが分かる。
【００７２】
図５、図６に示したように第１の微細部を面内方向に周期的にシフトをさせると０次回折光の低下分は別の次数の回折光となってしまう。光学系の構成によっては特定の回折次数の光が光学系の評価面上に結像するなど強いフレア光となり、光学性能を悪化させることが考えられる。そのような場合は第１の微細部を周期構造を持たせずに面内方向（厚さ方向）にランダムにシフトさせることで特定の回折次数への集中を抑制でき好ましい。
【００７３】
本実施例は上述した如く第１の微細部を厚さ方向に特定の範囲でシフトさせることである。従って面内方向のシフトのさせ方については周期性を有していても、ランダムでも、或いはその中間でも良く、特に限定しない。
【００７４】
このように本実施例では上述した如く微細部５だけで得られる等価屈折率の変化領域に対し、実際の変化領域を増やすことができ、これにより、より広い等価屈折率の変化領域を得ることができる。これは微細部単独で深さを深くしたことと等価であり、高性能な反射防止特性が得られることとなる。
【００７５】
一方、１つ１つの微細部５を厚さ方向にシフトさせているだけなので、該微細部５に起因する成形などの製造上の難易度は悪化しない。
【００７６】
ここまで第１の微細部をシフトさせる量と面内方向の周期分布について、具体的にはシフト量ｄａとシフトさせる周期Ｐａについて説明してきた。
【００７７】
ここで第１の微細部をシフトさせる形状（図５、図６で示した正弦波や矩形波など）について説明する。
【００７８】
シフトさせる形状は第１の微細部を特定の範囲でシフトさせた場合の等価屈折率の変化具合が、所望の光学特性となるように決定してあげればよい。理想的には上記図２（ｂ）で示したように厚さ方向に等価屈折率が線形に変化するように第１の微細部の形状と、シフト形状を決定すればよい。これは微細部５の周期Ｐ或いはシフトさせる周期Ｐａの大きな値の方の周期内で、媒質ｎ１と媒質ｎ２の体積比率による等価屈折率を求めることで決定できる。シフトさせる形状がランダムな形状である場合は、充分にランダムと見なせる領域で同様な等価屈折率の分布を求めれば良い。
【００７９】
また作成した光学素子については、例えば分光エリプソメトリ法などで十分に均一であると見なせる評価領域の等価屈折率を解析すればよい。
【００８０】
次に本発明の反射防止構造を有する光学素子を作成するための金型の製造方法の一例について説明する。
【００８１】
まず金型をダイヤモンドバイトなどで切削加工し、光学素子の表面形状を作成する。具体的にはレンズ面形状の光学素子であれば、レンズ面の曲面加工を行う。この際、通常の光学素子では鏡面になるように表面の粗さを少なくする。
【００８２】
本実施例では、この切削の条件を変えたりすることで金型表面に上述したシフト量に相当する粗さを残す。その後、微細部を形成する処理をこの金型に施すことで、微細部が特定の範囲でシフトした本実施例の光学素子の形状が実現できる。微細部の形成には陽極酸化ポーラスアルミナなどの製法が利用できる。或いはレジストとエッチングを用いて微細部を作成する製法においてはエッチングの条件を変えて表面をシフト量に相当する程度荒らすことで容易に達成できる。
【００８３】
その他、第１の微細部をシフトさせる形状が周期を有する場合は、微細部５を作成する処理と同じ製法を使って、シフトさせる形状と微細部を２回続けて形成することで本実施例の構造を実現することができる。
【００８４】
さらにこの金型を使って光学素子を形成する手法としては、一般的に知られているＵＶ硬化樹脂を用いた２Ｐ成形、ホットプレス成形、樹脂のインジェクション成形などがある。
【００８５】
微細凹凸構造を有する金型を製作し、プラスチック樹脂などを成形することで、光学素子を得る方式は高性能な反射防止効果を容易に得ることができ好ましい。
【００８６】
より高性能な反射防止特性を得るためには、可視光での応用を考えると微細部の周期Ｐは、透過反射において特定の入射角まで０次以外の回折光が発生しないように２００ｎｍ以下で、より細かいことが望ましい。
【００８７】
一方、微細部の高さｄは等価とみなされる屈折率ｎがより滑らかに変化するほうが高性能となるため前述の如く使用する光の波長λの１／５以上で高いほど望ましい。
【００８８】
図７、図８に本発明の反射防止性を有する光学素子を光学系に応用した例を示す。
【００８９】
図７は本発明の反射防止性を有する光学素子をカメラの結像光学系（撮影レンズ）に用いた模式図である。図７において６は撮影レンズ部であり、内部に絞り８と前述した本発明の光学素子１を有している。図７では最も結像面７に近い光学素子（最終レンズ）の第１面（光入射面）に反射防止構造を形成している。結像面７はフィルムまたはＣＣＤである。光学素子１は図７ではレンズ機能の光学素子であり、レンズ面の反射を抑制し、フレア光の発生を低減させている。
【００９０】
尚、図７では反射防止性を有する光学素子１を撮影レンズ部６の最終レンズに設けているが、これに限定するものではなく、他のレンズに使用してもよく、あるいは複数枚使用しても良い。
【００９１】
また本実施例では、前述の微細部を有するカメラの撮影レンズの場合を示したが、これに限定するものではない。例えばビデオカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナーやデジタル複写機のリーダーレンズなど広い波長域で使用される結像光学系に本発明の光学素子を使用しても、前述の実施例と同様の反射防止効果が得られる。
【００９２】
図８は本発明の反射防止性を有する光学素子を双眼鏡等の観察光学系に用いた模式図である。図８において９は対物レンズ部、１０は像を成立させるためのプリズムであり、展開して示している。７は絞り、１１は接眼レンズ部であり、内部に前述した本発明の光学素子１を有している。１２は評価面（瞳面）である。
【００９３】
尚、図８では反射防止性を有する光学素子１を接眼レンズ１１内に１枚設けたが、これに限定するものではなく、複数枚設けても良い。
【００９４】
また図８の観察光学系では接眼レンズ部１１に本発明の光学素子１を使用した場合を示したが、これに限定するものではなく、例えばプリズム１０の表面や対物レンズ部９内のレンズにも設けることができ、この場合も前述の実施例と同様の効果が得られる。
【００９５】
また本実施例では双眼鏡の場合を示したが、これに限定するものではない。本発明の光学素子は地上望遠鏡や天体観測用望遠鏡等の観察光学系にも適用して同様の効果が得られる。またレンズシャッターカメラやビデオカメラなどの光学式のファインダーに適用しても前述の実施例と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施例１の反射防止構造を有する光学素子の拡大斜視図
【図２】図１の光学素子の拡大断面図と等価屈折率を表す図
【図３】図２の等価屈折率の変化する領域の幅と反射率との関係を示すグラフ
【図４】図２の等価屈折率の変化する領域の幅と反射率との関係を示すグラフ
【図５】図１のシフト量と０次透過光の関係とを示すグラフ
【図６】図１のシフト量と０次透過光の関係とを示すグラフ
【図７】本発明の反射防止構造を有する光学素子を結像光学系に用いた模式図
【図８】本発明の反射防止構造を有する光学素子を観察光学系に用いた模式図
【図９】従来の反射防止構造を有する光学素子の拡大斜視図
【図１０】図９の光学素子の拡大断面図と等価屈折率を表す図
【図１１】従来の反射防止構造を有する光学素子の拡大斜視図
【図１２】図1１の光学素子の拡大断面図と等価屈折率を表す図
【図１３】従来の他の光学素子の拡大断面図と等価屈折率を表す図
【図１４】従来の他の光学素子の拡大断面図と等価屈折率を表す図
【符号の説明】
【００９７】
１    光学素子
２    入射媒質
３    領域（微細凹凸領域）
４    射出媒質
５    微細部（微細凹凸形状）
６    結像光学系
７    結像面
８    絞り
９    対物レンズ部
１０    プリズム
１１    接眼レンズ部
１２  評価面（瞳面）
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【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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