CN102692658A - 光学元件、光学系统、摄像装置、光学仪器及母版 - Google Patents

Abstract

本发明披露了光学元件、光学系统、摄像装置、光学仪器及母版，该光学系统包括：光学元件，所述光学元件具有其上形成有多个亚波长结构体的表面；以及摄像装置，所述摄像装置具有感测经过所述光学元件的光的摄像区域，其中，所述光学元件的表面具有散射入射光并且产生散射光的一个或两个以上区段，并且其中，到达摄像区域的散射光的分量总和小于到达除摄像区域以外的区域的散射光的分量的总和。

Description

光学元件、光学系统、摄像装置、光学仪器及母版

技术领域

本发明涉及光学元件、光学系统、摄像装置、光学仪器及母版。更具体地说，本发明涉及一种包括其表面上设置有亚波长结构体的光学元件的光学系统。

背景技术

在相关技术中，在光学元件的技术领域中已经使用用于抑制光表面反射的各种技术。作为这些技术中的一种，存在一种在光学元件表面上形成亚波长结构体的技术(例如，参考OPTICAL AND ELECTRO-OPTICALENGINEERING CONTACT，Vol.43，No.11(2005)，630-637)。

一般，对于在光学元件表面上设置有周期性凹凸形状的情形，当光透过其中时会发生衍射，并且透射光的直线传播分量大幅减少。然而，如果凹凸形状的节距比透射光的波长短，则不会发生衍射，因此能够实现良好的防反射效果。

上述防反射技术具有优良的防反射特性，并且因此已经研究了其在各种光学元件表面上的应用。例如，已经提出了一种在透镜表面上形成亚波长结构体的技术(例如，参考日本未审查专利申请公开No.2011-002853)。

发明内容

然而，对于其表面上设置有亚波长结构体的诸如透镜的光学元件用于摄像装置的光学系统中的情形，如果使用摄像装置拍摄光斑，则在捕获的图像中会出现线性亮线噪声。

期望提供一种即使在拍摄光斑等的情形下也能抑制线性亮线噪声的出现的光学元件、光学系统、摄像装置、光学仪器和母版。

根据本发明的实施方式，提供了一种光学系统，包括：光学元件，该光学元件具有多个亚波长结构体形成于其上的表面；以及摄像装置，该摄像装置具有用于感测经过该光学元件的光的摄像区域，其中，光学元件的表面具有散射入射光并且产生散射光的一个或两个以上区段，并且其中，到达摄像区域的散射光的分量总和小于到达摄像区域外的区域的散射光的分量总和。

在该实施方式中，由于到达摄像区域的散射光的分量总和小于到达摄像区域外的区域散射光的分量总和，所以能够减少入射到摄像装置的散射光。因此，能够抑制由散射光造成的线性亮线噪声的产生。

在实施方式中，散射光的强度分布优选具有各向异性。在这种情形下，散射光的强度分布优选根据数值孔径NA而不同，具体地，优选的是，在数值孔径NA≤0.8范围内散射光的强度分布的每单位立体角的强度小于在数值孔径NA＞0.8范围内散射光的强度分布的每单位立体角的强度。

在该实施方式中，摄像区域中的散射光的强度分布的最大值优选小于摄像区域外的区域中的散射光的强度分布的最大值。

在该实施方式中，多个亚波长结构体优选被布置为在光学元件的表面上形成多个行，并且在区段中，行的节距P与参考节距P相比是变化的。行的形状优选是线性或弧形。在采用这种形状的行的情形下，多个亚波长结构体优选形成点阵图案。点阵图案优选是六方点阵图案、准六方点阵图案、四方点阵图案以及准四方点阵图案中的至少一种。

在该实施方式中，优选地，摄像区域具有矩形形状，该矩形形状具有彼此相对的两组边，并且行的方向平行于两组边中的一组边的延伸方向。在该情形下，优选地，两组边包括一组彼此相对的短边和一组彼此相对的长边，并且行的方向平行于长边的延伸方向。此外，优选地，亚波长结构体是底面为具有长轴和短轴的椭圆形的椎体，并且底面的长轴方向对应于行的方向。

根据另一个实施方式，提供了一种光学元件，包括：形成于光学元件的表面上的多个亚波长结构体，其中多个亚波长结构体形成点阵图案，其中多个亚波长结构体被设置为在表面上形成多行轨迹，其中，表面散射一部分入射光，并且其中，散射光的强度和小于入射光的强度的和的1/500。

在该实施方式中，由于散射光的强度小于入射光的强度的1/500，所以能够抑制散射光的产生。因此，能够抑制由散射光造成的亮线噪声的产生。

在该实施方式中，轨迹之间的轨迹节距Tp优选是变化的。

在该实施方式中，点阵图案优选是六方点阵图案、准六方点阵图案、四方点阵图案和准四方点阵图案中的至少一种。

在该实施方式中，光学元件优选具有光从物体入射至的入射面以及来自入射面的光被输出所经由的出射面，并且亚波长结构体优选形成在入射面和出射面中的至少一个上。

本发明非常适合应用于表面上形成有亚波长结构体的光学元件、具有该光学元件的光学系统或具有该光学元件或该光学系统的摄像装置或光学仪器。光学元件的示例包括透镜、滤光片、半透射镜、光控元件、棱镜、偏振元件等，但并不限制于此。摄像装置的示例包括数码相机、数码摄像机等，但并不限制于此。光学仪器的示例包括望远镜、显微镜、曝光装置、测量装置、检查装置、分析仪器等，但并不限制于此。

根据本发明的实施方式，即使在拍摄诸如光斑的光源时也能够抑制线性亮线噪声的产生。

附图说明

图1A和图1B是示出了亮线噪声产生的原因的示意图。

图2是示出了根据本发明第一实施方式的摄像装置的构造示例的示意图。

图3A是示出了根据本发明第一实施方式的防反射光学元件的构造示例的平面图。图3B是图3A中所示的防反射光学元件的一部分的放大平面图。图3C是图3B中的轨迹的截面图。

图4A至图4D是示出了防反射光学元件的层压体的形状示例的透视图。

图5A是示出了图2中所示的摄像光学系统的一部分的放大示意图。图5B是示出了图5A中所示的摄像光学系统的数值孔径的定义的示意图。

图6A是当从光入射侧观看图5A中所示的摄像光学系统时的示意图。图6B是图6A中所示的摄像光学系统的防反射光学元件的一部分的放大视图。

图7A是示出了辊形母版的构造示例的透视图。图7B是图7A中所示的辊形母版的一部分的放大平面图。图7C是图7B中的轨迹的截面图。

图8是示出了辊形母版曝光装置的构造示例的示意图。

图9A至图9D是示出了根据本发明第一实施方式的防反射光学元件的制造方法的示例的过程图。

图10A至图10C是示出了根据本发明第一实施方式的防反射光学元件的制造方法的示例的过程图。

图11A是示出了根据本发明第二实施方式的防反射光学元件的构造示例的平面图。图11B是图11A中所示的防反射光学元件的放大平面图。图11C是图11B中的轨迹的截面图。

图12A是示出了根据本发明第三实施方式的防反射光学元件的构造示例的平面图。图12B是图12A中所示的防反射光学元件的放大平面图。图12C是图12B中的轨迹的截面图。

图13A是根据本发明第四实施方式的防反射光学元件表面的一部分的放大平面图。图13B是示出了虚拟轨迹的定义的示意图。

图14A是示出了结构体的中心位置的变化宽度的示意图。图14B是示出了结构体的变化比率的示意图。

图15A和图15B是示出了结构体的配置形式的第一示例的示意图。图15C是示出了结构体的配置形式的第二示例的示意图。

图16A是根据本发明第五实施方式的防反射光学元件表面的一部分的放大平面图。图16B是示出了结构体的配置节距的变化宽度的示意图。

图17是示出了根据本发明第六实施方式的摄像装置的示例的示意图。

图18A是示出了测试例1-1的仿真结果的示图。图18B是示出了测试例1-2的仿真结果的示图。

图19A是示出了测试例2-1的仿真结果的示图。图19B是示出了作为测试例2-1的仿真结果的强度分布的曲线图。

图20A是示出了测试例2-2的仿真结果的示图。图20B是示出了作为测试例2-2的仿真结果的强度分布的曲线图。

图21A是示出了测试例2-3的仿真结果的示图。图21B是示出了作为测试例2-3的仿真结果的强度分布的曲线图。

具体实施方式

将参照附图描述本发明的实施方式。在用于示出实施方式的所有附图中，相同或相应部件被赋予相同的参考标号。

1.第一实施方式(减少到达摄像区域的散射光的光学系统和具有该光学系统的摄像装置的示例)

2.第二实施方式(将结构体布置成四方点阵形状或准四方点阵形状的示例)

3.第三实施方式(结构体具有凹状的示例)

4.第四实施方式(结构体在行间方向上变化的示例)

5.第五实施方式(结构体在行方向上变化的示例)

6.第六实施方式(将结构体应用于数码摄像机的光学系统的示例)

1.第一实施方式

第一实施方式的概述

作为以下讨论的结果构思出第一实施方式。

本发明人已经对图1A中所示的包括入射面上设置有亚波长结构体的半透射镜(光学元件)301和摄像装置302以抑制线性亮线噪声的产生的摄像光学系统做了深入的研究。结果，当光L从诸如光斑的光源入射至半透射镜301时，产生散射光Ls，并且产生的散射光Ls到达摄像装置302的摄像区域(光感测区域)。此时，发现在由摄像装置302捕获的图像中白色散射光Ls显现为亮线噪声。

因此，本发明人深入研究了由于半透射镜301产生散射光Ls的原因。结果，发现亚波长结构体的配置节距Tp的变化是散射光Ls产生的原因。换言之，在使用光刻技术制造母版的情形下，如图1B中所示，由于进行曝光时进给长度的准确度问题而使得半波长结构体303的配置节距Tp是变化的。如果配置节距Tp以这种方式变化，则就会存在配置节距Tp大于理想配置节距Tp的区段。当用来自诸如光斑的光源的光L照射配置节距Tp较大的区段时，产生散射光Ls。

因此，本发明人在考虑上述亮线噪声的产生原因的基础上，对抑制亮线噪声的产生进行了深入研究。结果，发现可通过调整亚波长结构体303的形状等，相比于到达摄像区域外的区域的散射光Ls的分量，仅使到达摄像区域的散射光Ls的分量进一步减少可抑制亮线噪声的产生。

摄像装置的构造

图2是示出了根据本发明第一实施方式的摄像装置的构造示例的示意图。如图2中所示，根据第一实施方式的摄像装置100是所谓的数码相机(数字静态照相机)，并且包括壳体101以及设置在壳体101中的摄像光学系统102。摄像光学系统102包括透镜111、防反射光学元件1、摄像装置112以及自动聚焦传感器113。

透镜111将从物体导向摄像装置112的光L聚集。防反射光学元件将被透镜111聚集的一部分光L反射向自动聚焦传感器113，并且使光L的剩余部分朝向摄像装置112透过。摄像装置112具有矩形摄像区域A₁，矩形摄像区域A₁感测透过防反射光学元件1的光，并且将矩形摄像区域A₁感测的光转换成电信号，并且将转换的电信号输出至信号处理电路。自动聚焦传感器113感测被防反射光学元件1反射的光，将感测到的光转换成电信号，并且将转换的电信号输出至控制电路。

防反射光学元件

下文中，将详细描述根据第一实施方式的防反射光学元件1的构造。

图3A是示出了根据本发明第一实施方式的防反射光学元件的构造示例的平面图。图3B是图3A中所示的防反射光学元件的一部分的放大平面图。图3C是图3B的轨迹T的截面图。

防反射光学元件1包括具有入射面和出射面的半透射镜2以及形成在半透射镜2的出射面上的多个结构体3。结构体3可以与半透射镜2分离地形成或与半透射镜2形成为一体。在结构体3与半透射镜2分离形成的情形下，在结构体3和半透射镜2之间设置基底层4。基底层4可与结构体3一体地形成在结构体3的底面侧，并且通过以与结构体3相同的方式固化能量射线可固化树脂合成物来形成。

下文中，将顺次描述设置在防反射光学元件1中的半透射镜2和结构体3。

半透射镜

半透射镜2使入射光的一部分透过其中并且反射入射光的剩余部分。半透射镜2的形状包括例如片状或板状，但并不特定地局限于这些形状。这里，片的定义包括膜。

结构体

结构体3是所谓的亚波长结构体，该结构体例如具有相对于半透射镜2的入射面的凸状，并且以二维方式布置在半透射镜2的入射面上。结构体3以用于减少反射的等于或小于光波长带宽的短配置节距周期地进行二维方式布置。

多个结构体3具有在半透射镜2的表面上形成多行轨迹T的这种配置形状。由于在母版制作过程中进行曝光时的问题，轨迹T的轨迹节距Tp是变化的，如图3B中所示。在本发明中，轨迹指的是结构体3被连接成线的部分。轨迹T的形状可以是直线形、弧形等，并且具有这种形状的轨迹T可以是摆动的。因此，轨迹T的摆动可抑制表面不均匀性的发生。

如果轨迹T是摆动的，则优选的是半透射镜2上各个轨迹的摆动是彼此同步的。也就是说，摆动优选是同步的摆动。通过使摆动彼此同步保持诸如六方点阵或准六方点阵的单位点阵状，并且因此能够保持高的填充率。摆动的轨迹T的波形包括例如正弦曲线、三角波等。摆动的轨迹T的波形并不限制于周期波形，而是可以为非周期的波形。摆动的轨迹T的摆动幅度可选择为例如约±10μm。

半透射镜2的表面具有一个或两个以上区段，其中这些区段散射来自诸如光斑的光源的入射光，从而产生散射光。在该区段中，例如，轨迹节距Tp相对于被用作基准的轨迹节距Tp是变化的，并且是增大的。这种区段产生的原因在于母版制作过程中进行曝光时的问题，并且因此难以将该区段的产生抑制到不产生亮线噪声或亮线噪声不过于讨厌的程度。

结构体3被配置在两条相邻的轨迹T间移动半个节距的位置。具体地，在两条相邻的轨迹T中，一条轨迹(例如，T2)中的结构体3被配置在另一条轨迹(例如，T1)中的结构体3的中间位置(移动半个节距的位置)。结果，如图3B中所示，在三条相邻的轨迹T1到T3中，结构体3被配置为形成六方形子图案或准六方点阵图案，其中结构体3的中心位于各个点a1至a7。下文中，结构体的行延伸的方向(轨迹的延伸方向)被称为轨迹方向(行方向)a，并且半透射镜2表面中垂直于轨迹方向a的方向被称为轨迹间方向(行间方向)b。

此处，六方点阵指的是具有规则六方形的点阵。准六方点阵指的是规则六方形被扭曲的点阵。例如，在结构体3被配置成直线状的情形下，准六方点阵指的是通过在直线状的布置方向(轨迹方向)拉伸具有规则六方形的点阵而被扭曲的六方点阵。在结构体3被布置成摆动的情形下，准六方点阵指的是通过结构体3的摆动布置使具有规则六方形的点阵扭曲得到的六方点阵；或是通过在直线状的布置方向(轨迹方向)上拉伸具有规则六方形的点阵使其扭曲，并且通过结构体3的摆动布置使具有规则六方形的点阵进一步扭曲所得到的六方点阵。

在结构体3被配置为形成准六方形图案的情形下，如图3B中所示，相同轨迹中的结构体3的配置节距P1(例如，a1和a2之间的距离)优选长于两个相邻轨迹之间的结构体3的配置节距，即，在相对于轨迹延伸方向±θ的方向上结构体3的配置节距P2(例如，a1和a7之间，或a2和a7之间的距离)。如果结构体3以这种方式配置，则能够进一步提高结构体的填充密度。

结构体3的具体形状包括锥体状、柱状、针状、半球体状、半椭圆体状、多角形状等，但并不特定地限制于以上，并且可具有其它形状。锥体状的示例包括其顶部是尖的或平的锥体状；以及其顶部具有凸状曲面或凹状曲面的锥体状，但并不限制于这些形状。其顶部具有凸状曲面的锥体状包括诸如抛物面状的二阶曲面状。此外，锥体状的锥体表面可弯曲成凹状或凸状。如果使用后面所述的辊形母版曝光装置(参见图8)制造辊形母版，优选的是，将其顶部具有凸状曲面的椭圆锥形状或其顶部是平的椭圆锥台形状用作结构体3的形状，并且形成其底面的椭圆形的长轴方向对应于轨迹T的延伸方向。

从提高反射特性的角度来看，如图4A中所示，顶部的倾斜是平缓的并且从中间部分向底部逐渐变得陡峭的锥体状是优选的。此外，从提高反射特性和透射特性的角度来看，如图4B中所示，中间部分的倾斜比底部和顶部的倾斜更陡峭的锥体状，或如图4C中所示，顶部是平的锥体状是优选的。如果结构体3具有椭圆锥状或椭圆锥台状，则其底面的长轴方向优选平行于轨迹延伸方向。

如图4A或4C中所示，结构体3优选具有在底部的周围其高度从顶部到底部平缓减少的弯曲部分3a。这是因为在制造防反射光学元件1的过程中，能够将防反射光学元件1从母版等容易地剥离。此外，弯曲部分3a可设置在结构体3圆周的一部分处，并且从提高剥离特性的角度优选设置在结构体3的整个圆周处。

突出部5优选设置在结构体3的外围的一部分或全部。这是因为在结构体3的填充率低的情形下可将反射率抑制为具有低的值。从形成的容易度的角度来看，如图4A至图4C中所示，突出部5优选设置在相邻结构体3之间。此外，如图4D中所示，薄且长的突出部5可被设置在结构体3的整个外围或其一部分。薄且长的突出部5例如可从结构体3的顶部向下部的方向延伸，但并不特定地限制于此。突出部5的形状可包括截面三角形状、截面四方形状等，但并不特定地限制于这种形状，并且可考虑形成的容易度进行选择。此外，结构体3的外围的整个表面的一部分可制成粗糙的，从而形成微细的凹凸。具体地，例如，可将相邻结构体3之间的表面制成粗糙的，从而形成微细的凹凸。此外，可在结构体3的表面(例如，在顶部)上形成微小的孔穴。

此外，在图3A到图4D中，结构体3具有相同的大小、相同的形状和相同的高度，但结构体3的形状并不限制于此，并且可在基底表面上形成具有两种以上大小、形状和高度的结构体3。

结构体3以等于或小于例如用于减少反射的光的波长带宽的短节距二维方式规则地(周期性)配置。如果多个结构体3以这种方式二维形式地布置，则可在半透射镜2的表面上形成二维波阵面。此处，配置节距指的是配置节距P1和配置节距P2。用于减少反射的光的波长带宽例如是紫外光的波长带宽、可见光的波长带宽或红外光的波长带宽。此处，紫外光的波长带宽是10nm到360nm，可见光的波长带宽是360nm到830nm，或红外光的波长带宽是830nm到1mm。具体地，配置节距优选是175nm以上至350nm以下。如果配置节距小于175nm，则结构体3趋于难以制作。另一方面，如果配置节距超过350nm，则趋于产生可见光的衍射。

结构体3在轨迹延伸方向的高度H1优选小于结构体3在列方向上的高度H2。换言之，结构体3的高度H1和H2之间的关系优选满足H1＜H2。这是因为如果结构体3被布置成满足H1≥H2的关系，则需要加长轨迹延伸方向上的配置节距P1，并且因此减少轨迹延伸方向上结构体3的填充率。如果由于这种方式减少填充率，则反射特性劣化。

结构体3的高度不被特定限制，并且根据透射光的波形区域被适宜地设定，并且例如设定在236nm以上到450nm以下的范围内，优选在415nm以上到421nm以下的范围内。

结构体3的高宽比(高度/配置节距)被设定在0.81以上至1.46以下的范围内，更优选地，在0.94以上至1.28以下的范围内。这是因为在小于0.81的范围内，反射特性和透射特性趋于劣化，而当结构体3形成到超过1.46的范围内时，由于剥离特性劣化，复制品趋于不能被清楚地复制。此外，从进一步提高反射特性的角度来看，结构体3的高宽比优选设定在0.94以上至1.46以下的范围内。此外，从进一步提高反射特性的角度来看，结构体3的高宽比优选设定在0.81以上至1.28以下的范围内。

此处，高度分布表示在半透射镜2的表面上设置有具有两种以上高度的结构体3。例如，可以在半透射镜2的表面上设置具有基准高度的结构体3和高度不同于结构体3的基准高度的结构体3。在这种情形下，高度不同于基准高度的结构体3周期性或非周期性(随机)设置在例如半透射镜2的表面上。周期性方向可包括例如轨迹延伸方向、列方向等。

此外，在本发明中，通过下面的表达式(1)定义高宽比。

高宽比＝H/P(1)

其中H代表结构体的高度，并且P代表平均配置节距(平均周期)。

此处，通过下面的表达式(2)定义平均配置节距P。

平均配置节距P＝(P1+P2+P2)/3(2)

其中P1代表轨迹延伸方向上的配置节距(轨迹延伸方向周期)，并且P2代表在与轨迹延伸方向成±θ方向(其中θ＝60°-σ，σ优选是0°＜σ＜11°，并且更优选3°≤σ≤6°)上的配置节距(θ方向周期)。

此外，结构体3的高度H是结构体3在列方向上的高度。由于结构体3在轨迹延伸方向(X方向)上的高度小于列方向(Y方向)上的高度，并且结构体3在轨迹延伸方向以外部分的高度几乎与列方向上的高度相同，列方向上的高度代表亚波长结构体的高度。然而，如果结构体3是凹部，则在上述表达式(1)中结构体3的高度H可用结构体的深度H替换。

如果相同轨迹中的结构体3的配置节距是P1，并且两个相邻轨迹之间的结构体3的配置节距是P2，那么比例P1/P2优选满足1.00≤P1/P2≤1.1，或1.00＜P1/P2＜1.1的关系。在该数值范围内，能够提高具有椭圆锥状或圆锥台状的结构体3的填充率，并且因此提高防反射特性。

基底表面上的结构体3的填充率是65％以上，优选73％以上，并且更优选86％以上，以100％为上限。在该填充率范围内，能够提高防反射特性。为了提高填充率，优选的是，相邻结构体3的下部彼此接合或彼此重叠，或通过调整结构体底面的椭圆率来将结构体3扭曲。

此处，结构体3的填充率(平均填充率)是如下所获得的值。

首先，使用扫描电子显微镜(SEM)以顶视方式摄取防反射光学元件1的表面。接着，从捕获的SEM照片中随机选取单位点阵Uc，并且测量单位点阵Uc的配置节距P1和轨迹节距Tp(参见图3B)。此外，通过图像处理测量位于单位点阵Uc的中心的结构体3的底面面积S。接着，使用测量的配置节距P1、轨迹节距Tp和底面面积S从下面的表达式(3)得到填充率。

填充率＝(S(hex.)/S(unit))×100(3)

单位点阵面积：S(unit)＝P1×2Tp

单位点阵内的结构体的底面面积：S(hex.)＝2S

对从捕获的SEM照片随机选择的十个单位点阵进行上述的填充率计算处理。此外，通过对测量值进行简单的平均(算术平均)得到填充率的平均值，并且用作基底表面上的结构体3的填充率。

当结构体3彼此重叠或在结构体3之间存在诸如突出部5的副结构体时，可通过将与相对于结构体3高度的5％的高度对应的部分作为阈值来确定面积比的方法，得到填充率。

结构体3优选彼此连接成使得其下部彼此重叠。具体地，相邻结构体3的下部的一部分或所有优选彼此重叠，并且优选在轨迹方向、θ方向、或两个方向上彼此重叠。结构体3的下部以这种方式彼此重叠，并且因此可增加结构体3的填充率。优选的是，结构体3在考虑折射率的光路的使用环境下的光的波长带宽的最大值1/4以下的部分处彼此重叠。这是因为可获得良好的防反射特性。

直径2r与配置节距P1的比例((2r/P1)×100)为85％以上，优选90％以上，并且更优选95％以上。这是因为，在该范围内，增加了结构体3的填充率，并且因此能够提高防反射特性。如果增大比例((2r/P1)×100)并且因此结构体3的重叠也被增加，则防反射特性趋于劣化。因此，比例((2r/P1)×100)的上限值优选被限定为，使得结构体优选在考虑折射率的光路的使用环境下的光的波长带宽的最大值1/4以下的部分处彼此接合。此处，配置节距P1是如图3B中所示的结构体3在轨迹方向上的配置节距，并且直径2r是如图3B中所示的结构体3的底面在轨迹方向上的直径。此外，如果结构体底面是圆形的，直径2r是直径，并且如果结构体底面是椭圆的，则直径2r是长轴。

摄像光学系统

图5A是示出了图2中所示的摄像光学系统的一部分的放大示意图。图6A是当从光束L₀入射侧观看图5A中所示的摄像光学系统时的示意图。图6B是图6A中所示的摄像光学系统中设置的防反射光学元件的一部分的放大视图。在图5A中，光束L₀表示来自物体的主要光束，光束L_min表示具有到防反射光学元件1的最小入射角的光束，并且光束L_max表示具有到防反射光学元件1的最大入射角的光束。此外，平行于矩形摄像区域A₁的长边的方向被定义成X轴方向，并且平行于矩形摄像区域A₁的短边的方向被定义成Y轴方向。此外，垂直于摄像装置112的摄像面的方向被定义成Z轴方向。

防反射光学元件1的入射面具有散射入射光从而产生散射光Ls的一个或两个以上区段。到达摄像区域A₁的散射光Ls的分量总和优选小于到达摄像区域外的区域A₂的分量总和。因此，能够抑制捕获图像中亮线噪声的产生。

从抑制亮线噪声产生的角度来看，摄像区域A₁中散射光Ls的强度分布的最大值优选小于摄像区域A₁外的区域A₂中散射光Ls的强度分布的最大值。

如图5A中所示，散射光Ls几乎不在X轴方向上散布，并且到达包括摄像装置112的摄像面的平面。因此，散射光Ls的强度分布仅主要在Y轴方向上改变。换言之，沿着X轴方向和Y轴方向散射光Ls的强度分布是不同的，并且因此具有各向异性。在本说明书中，强度分布指的是沿Y轴方向的强度分布。

被防反射光学元件1的表面散射的散射光束Ls的强度和Ib与入射到防反射光学元件1的表面的入射光束的强度和Ia的比例(Ib/Ia)优选在小于1/500的范围内，更优选在1/5000以下的范围内，并且最优选在1/10⁵以下的范围内。如果比例(Ib/Ia)小于1/500，则能够抑制线性亮线噪声的产生。

图5B是示出了图5A中所示的摄像光学系统的数值孔径NA的定义的示意图。此处，如图5B中所示，防反射光学元件1和摄像装置112的光轴被定义成光轴I，被防反射光学元件1的入射面散射的散射光Ls的方向被定义成散射方向s，光轴I和散射光Ls的方向形成的角度被定义成角度σ，并且数值孔径NA被定义成nsinσ(其中n是防反射光学元件1和摄像装置112之间的介质(例如，空气)的折射率)。

具有各向异性的散射光Ls的强度分布根据数值孔径NA而不同。在这种情形下，优选的是，数值孔径NA≤0.8范围内的散射光的强度分布的每单位立体角强度小于数值孔径NA＞0.8范围内的散射光的强度分布的每单位立体角强度。这是因为可减少到达摄像装置112的摄像区域A₁的散射光Ls的光量。

如图6A中所示，摄像区域A₁的形状是例如具有彼此相对的两组边(即，一组短边和一组长边)的矩形。在这种情形下，结构体3的轨迹方向a优选平行于作为两组边中的一组边的长边的延伸方向(X轴方向)。从而，可将散射光Ls散射成在摄像区域A₁中具有较小宽度的短边的延伸方向(Y轴方向)远离光轴1，并且因此能够减少到达摄像装置112的摄像区域A₁的散射光Ls的光量。

如上所述，在结构体3的轨迹方向a和摄像区域A₁的长边的延伸方向(X轴方向)具有平行关系的情形下，如图6B中所示，优选的是：(a)将结构体3形成为其底面具有包括长轴和短轴的椭圆形的锥体；以及(b)结构体3的底面的长轴的方向对应于轨迹方向a。(a)将结构体3形成为其底面具有包括长轴和短轴的椭圆形的锥体，并且从而相比于结构体3的底面被形成为圆形的情形可减小轨迹节距Tp。从而，相比于结构体3的底面被形成为圆形的情形，来自诸如例如光斑的光源的光束L₀可被散射成进一步远离光轴1。(b)底面的长轴方向对应于轨迹方向a，从而来自诸如光斑的光源的光线L₀可在摄像区域A₁中具有较小宽度的短边的延伸方向散射。因此，通过结构(a)和结构(b)的组合，来自例如光斑的光源的光线L₀可被散射成相比于结构体3的底面被形成为圆形的情形，沿着Y轴方向远离光轴1。因此，到达摄像装置112的摄像区域A₁的散射光Ls的光量可被进一步减少。

辊形母版的构造

图7A是示出了辊形母版的构造示例的透视图。图7B是图7A中所示的辊形母版的一部分的放大平面图。图7C是图7B中的轨迹T的截面图。辊形母版11是用于在上述基底表面上形成多个结构体3的母版。辊形母版11具有例如圆筒形或圆柱形，并且圆筒表面或圆柱表面是用于在基底表面上形成多个结构体3的形成面。形成面具有以二维方式布置的多个结构体12。结构体12具有例如相对于形成面的凹状。辊形母版11的材料可使用例如玻璃，但并不特定地限制于这种材料。

配置在辊形母版11的形成面上的多个结构体12和配置在半透射镜2的表面上的多个结构体3具有反转的凹凸关系。也就是说，辊形母版11的结构体12的形状、布置和配置节距与半透射镜2的结构体3的那些相同。

曝光装置的构造

图8是示出了用于制造辊形母版的辊形母版曝光装置的构造示例的示意图。辊形母版曝光装置是基于光盘记录装置的。

激光源21是用于对作为记录介质而形成在辊形母版11的表面上的抗蚀剂进行曝光的光源，并且使例如波长λ＝266nm的记录激光14振荡。

激光源21发出的激光14以平行光束状态直线传播，并且入射至电光调制器(EOM)22。通过电光调制器22的激光14被反射镜23反射并且被导向至调制光学系统25。

反射镜23包括偏振分束器，并且反射一种偏振分量并且使另一种偏振分量光束透过其中。通过反射镜23的偏振分量被光电二极管24感测，并且通过根据感测到的信号控制电光调制器22来调制激光14的相位。

在调制光学系统25中，通过聚光透镜26将激光14会聚在由玻璃(SiO₂)制成的声光调制器(AOM)27处。通过声光调制器27调制激光14的强度并且使该激光漫射，然后激光被透镜28变成平行光束。从调制光学系统25发出的激光14被反射镜31反射，并且被平行地水平导向移动光学台32。

移动光学台32包括扩束器33和物镜34。被导向移动光学台32的激光14通过扩束器33形成为具有期望的光束形状，并且接着通过物镜34被施加至辊形母版11上的抗蚀层上。辊形母版11放置在连接至主轴电机35的转台36上。在旋转辊形母版11并且在辊形母版11的高度方向上移动激光14的同时，用激光14间歇地照射抗蚀层，从而对抗蚀层进行曝光处理。形成的潜像具有其长轴在圆周方向上的基本椭圆形状。通过使移动光学台32在由箭头R表示的方向上移动来执行激光14的移动。

曝光装置具有用于在抗蚀层上形成对应于图3B中所示的六方点阵或准六方点阵的二维图案的潜像的控制机构37。控制机构37包括格式器29和驱动器30。格式器29包括极性反转单元，并且极性反转单元控制激光14至抗蚀层的施加定时。驱动器30响应于来自极性反转单元的输出，控制声光调制器27。

在辊形母版曝光装置中，产生用于使极性反转格式器信号和记录装置的旋转控制器同步的信号，以使得空间上连接二维图案，并通过声光调制器27调制信号的强度。可通过以恒定角速度(CAV)、合适的转速、合适的调制频率以及合适的进给间距进行图案化，来记录六方点阵图案或准六方点阵图案。

防反射光学元件的制造方法

接下来，将参照图9A到图10C描述根据本发明第一实施方式的防反射光学元件1的制造方法。

抗蚀层形成过程

首先，如图9A中所示，制备圆筒或圆柱辊形母版11。例如，辊形母版11例如是玻璃母版。接着，如图9B所示，在辊形母版11的表面上形成抗蚀层13。抗蚀层13的材料可使用有机抗蚀剂或无机抗蚀剂。有机抗蚀剂可使用例如酚醛抗蚀剂或化学放大(化学增幅)型抗蚀剂等。此外，无机抗蚀剂例如可使用含有一种或两种以上过渡金属的金属化合物。

曝光过程

接着，如图9C中所示，用激光(曝光束)14照射形成在辊形母版11表面上的抗蚀层13。具体地，辊形母版11放置在图8中所示的辊形母版曝光装置的转台36上并且被旋转，并且用激光(曝光束)14照射抗蚀层13。此时，通过在辊形母版11的高度方向(平行于圆筒或圆柱形辊形母版11的中心轴的方向)上移动激光14的同时，间歇地用激光14进行照射，来对抗蚀层13的整个表面进行曝光。这样，对应于激光14的轨迹的潜像15以基本等于可见光的波长的间距形成在抗蚀层13的整个表面上。在该曝光过程中，由于激光14照射时的问题，轨迹节距Tp是变化的。难以将变化减小到不产生亮线噪声或亮线噪声不被过于讨厌的程度。

例如，潜像15被配置为在辊形母版的表面上形成多行轨迹，并且形成六方点阵图案或准六方点阵图案。潜像15具有例如其长轴在轨迹的延伸方向上的椭圆状。

显影过程

接着，例如，在旋转辊形母版11的同时，向抗蚀层13滴加显影剂，并且对抗蚀层13进行显影。从而，如图9D中所示，在抗蚀层13上形成多个开口。在使用正性抗蚀剂形成抗蚀层13的情形下，被激光14曝光的曝光部分与未曝光的部分相比，对显影剂的溶解速率更高，并且因此在抗蚀层13上形成对应于潜像(曝光部分)16的图案，如图9D中所示。开口的图案是预定的点阵图案，例如，六方点阵图案或准六方点阵图案。

蚀刻过程

接着，通过使用辊形母版11上形成的抗蚀层13的图案(抗蚀剂图案)作为掩模对辊形母版11的表面进行蚀刻。因此，如图10A中所示，能够获得其长轴在轨迹的延伸方向上的椭圆锥状或椭圆锥台状的凹部，即，结构体12。例如，蚀刻方法可使用干法蚀刻或湿法蚀刻。此时，如果蚀刻处理和灰化处理交替地进行，例如，可形成锥状结构体12的图案。

如上所述，可获得期望的辊形母版11。

转印过程

接着，如图10B中所示，在辊形母版11与涂覆在半透射镜2上的转印材料16接触后，通过使用来自能量射线源17的诸如紫外线的能量射线照射转印材料16，对转印材料16进行固化，并且从辊形母版剥离与被固化的转印材料16一体形成的半透射镜2。从而，如图10C中所示，制造成基底表面上具有多个结构体3的防反射光学元件1。接着，可将防反射光学元件1切成期望的尺寸。

能量射线源17可以是能够发出诸如电子束、紫外线、红外线、激光束、可见光、电离辐射(X-射线，α-射线，β-射线，γ-射线等)、微波和射频的能量射线的源，并且并不特定地限制于以上。

对于转印材料16，可优选使用能量射线可固化树脂合成物。对于能量射线可固化树脂合成物，优选使用紫外线可固化树脂合成物。能量射线可固化树脂合成物可以可选地包括填充剂、功能性添加剂等。

紫外线可固化树脂合成物包括例如丙烯酸酯和引发剂。紫外线可固化树脂例如由单官能团单体、双官能团单体、多官能团单体等制成，并且具体地，通过使用以下材料中的一种或其混合物来形成。

单官能团单体的示例包括羧酸(丙烯酸)、羟基化合物(2-羟乙基丙烯酸酯、2-羟丙基丙烯酸酯、4-羟丁基丙烯酸酯)、烷基酯环族化合物(异丁基丙烯酸酯、叔丁基丙烯酸酯、异辛基丙烯酸酯、十二烷基丙烯酸酯、十八烷基丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯和环己基丙烯酸酯)、其它官能团单体(2-甲氧基乙基丙烯酸酯、甲氧基乙烯基乙二醇丙烯酸酯、2-乙氧基乙基丙烯酸酯、四氢化糠基丙烯酸酯、苯甲基丙烯酸酯、乙基卡必醇丙烯酸酯、苯氧基乙基丙烯酸酯、N，N-二甲基氨基乙基丙烯酸酯、N，N-二甲基氨基丙基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰吗啉、N-异丙基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮、2-(全氟辛基)乙基丙烯酸酯、3-全氟己基-2-羟基丙基丙烯酸酯、3-全氟辛基-2-羟基丙基丙烯酸酯、2-(全氟癸基)乙基丙烯酸酯、2-(全氟-3-甲基丁基)乙基丙烯酸酯、2，4，6-三溴苯酚丙烯酸酯、2，4，6-三溴苯酚甲基丙烯酸酯、2-(2，4，6-三溴苯氧基)乙烷基丙烯酸酯以及2-乙基己基丙烯酸酯)等。

双功能团单体的示例包括三(丙二醇)二丙烯酸酯、三羟甲基二烯丙基醚和氨基甲酸丙烯酸酯等。

多功能团单体的示例包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二季戊四醇五/六丙烯酸酯和二三羟甲基丙烷四丙烯酸酯等。

引发剂的示例包括2，2-二甲氧基-1，2-二苯乙烷-1-酮、1-羟基-环己基苯酮和2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-酮等。

填充剂例如可以使用有机微粒或无机微粒。无机微粒的示例包括诸如SiO₂、TiO₂、ZrO₂、SnO₂或Al₂O₃等的金属氧化物的微粒。

功能性添加剂的示例包括：均化剂(leveling agent)、表面控制剂和消泡剂等。半透射镜2的材料的示例包括甲基丙烯酸甲酯(共)聚合物、聚碳酸酯、苯乙烯(共)聚合物、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、纤维素双乙酸酯、纤维素三乙酸酯、纤维素乙酸丁酸酯、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩醛、聚醚酮、聚氨酯和玻璃等。

半透射镜2的形成方法不被特定地限定，并且可以为注射成型、挤出或浇注成型。可选地，可对基底表面进行诸如电晕处理的表面处理。

如上所述，可获得期望的防反射光学元件1。

2.第二实施方式

防反射光学元件的结构

图11A是示出了根据本发明第二实施方式的防反射光学元件的构造示例的平面图。图11B是图11A中所示的防反射光学元件的放大平面图。图11C是图11B中轨迹T的截面图。

根据第二实施方式的防反射光学元件1与根据第一实施方式的防反射光学元件1的不同之处在于，三行轨迹中的多个结构体3形成四方点阵图案或准四方点阵图案。

此处，四方点阵指的是具有四方形的点阵。准四方点阵指的是具有扭曲的四方形的点阵。例如，在结构体3被配置成直线状的情形下，准四方点阵指的是通过在直线状的布置方向(轨迹方向)上拉伸具有四方形的点阵而扭曲的四方点阵。在结构体3被布置成摆动的情形下，准四方点阵指的是通过结构体3的摆动布置来扭曲具有四方形的点阵所得到的四方点阵；或通过在直线状的配置方向(轨迹方向)上拉伸具有四方形的点阵进行扭曲，并且通过结构体3的摆动布置使具有四方形的点阵进一步扭曲所得到的四方点阵。

相同轨迹中的结构体3的配置节距P1优选长于两个相邻轨迹之间的结构体3的配置节距P2。如果相同轨迹中的结构体3的配置节距是P1，并且相邻轨迹之间的结构体3的配置节距是P2，则比P1/P2优选满足1.4＜P1/P2≤1.5。在该数值范围内，能够提高具有椭圆锥状或椭圆锥台状的结构体3的填充率，并且因此可提高防反射特性。结构体3在相对于轨迹成45°方向或约45°方向上的高度或深度优选小于结构体3在轨迹延伸方向上的高度或深度。

结构体3在相对于轨迹延伸方向倾斜的配置方向(θ方向)上的高度H2小于结构体3在轨迹延伸方向上的高度H1。换言之，结构体3的高度H1和H2之间的关系优选满足H1＞H2。

在结构体3形成四方点阵或准四方点阵的情形下，结构体底面的椭圆率e优选是140％≤e≤180％。这是因为，在该范围内，结构体3的填充率增加，并且因此能够提高防反射特性。

基底表面上的结构体3的填充率是65％以上，优选为73％以上，更优选为86％以上，以100％作为上限。在该填充率范围内，能够提高防反射特性。

此处，结构体3的填充率(平均填充率)是通过如下得到的值。

首先，使用扫描电子显微镜(SEM)以顶视的方式摄取防反射光学元件1的表面。接着，从捕获的SEM照片中随机选取单位点阵Uc，并且测量单位点阵Uc的配置节距P1和轨迹节距Tp(参见图11B)。此外，通过图像处理测量包括在单位点阵Uc中的四个结构体3中任意一个的底面面积S。接着，使用测出的配置节距P1、轨迹节距Tp和底面面积S从下面的表达式(4)得到填充率。

填充率＝(S(tetra)/S(unit))×100(4)

单位点阵面积：S(unit)＝2×((P1×Tp)×(1/2))＝P1×Tp

单位点阵中的结构体的底面面积：S(tetra)＝S

对从捕获的SEM照片随机选择的十个单位点阵进行上述的填充率计算处理。此外，通过对测量值进行简单的平均(算术平均)得到填充率的平均值，并且用作基底表面上的结构体3的填充率。

直径2r与配置节距P1的比例((2r/P1)×100)是64％以上，优选69％以上，并且更优选73％以上。这是因为，在该范围内，增加了结构体3的填充率，并且因此能够提高防反射特性。此处，配置节距P1是结构体3轨迹方向上的配置节距，并且直径2r是结构体3的底面在轨迹方向上的直径。此外，如果结构体底面是圆形的，则直径2r是直径，并且如果结构体底面是椭圆的，则直径2r是长轴。

除了上面描述之外，第二实施方式与第一实施方式相同。

3.第三实施方式

图12A是示出了根据本发明第三实施方式的防反射光学元件的构造示例的平面图。图12B是图12A中所示的防反射光学元件的放大平面图。图12C是图12B中轨迹T的截面图。

根据第三实施方式的防反射光学元件1与根据第一实施方式的防反射光学元件1的不同之处在于，在基底表面上布置多个凹状结构体3。结构体3的形状是通过将根据第一实施方式的结构体3的凸状反转得到的凹状。此外，在结构体3具有上述的凹状的情形下，具有凹状的结构体3的开口(凹部的入口)被定义为下部，而半透射镜2在深度方向上的最下部分(凹部中的最深部分)被定义为顶部。也就是说，使用非实体空间的结构体3定义顶部和下部。此外，在第四实施方式中，由于结构体3具有凹状，表达式(1)等中结构体3的高度H替换成结构体3的深度H。

除了上面的描述之外，第三实施方式与第一实施方式相同。

4.第四实施方式

第四实施方式的概述。

作为以下研究的结果给出第四实施方式。

如第一实施方式中所述，作为深入研究的结果，本发明人发现捕获图像中亮线噪声的产生是由于亚波长结构体的配置节距Tp的变化造成的。因此，本发明人对使用不同于第一实施方式的技术来抑制线形亮线噪声的产生进行了研究。结果，发现通过以二维方式改变亚波长结构体的配置位置，可使来自诸如光斑的光源的光被宽泛地散布在垂直于亚波长结构体的行的方向上，从而抑制亮线噪声的产生。

摄像装置的构造

除了防反射光学元件表面上形成的结构体3的配置形式之外，根据本发明第四实施方式的摄像装置与根据第一实施方式的摄像装置相同。因此，将描述结构体3的配置形式。

结构体的配置形式

图13A是根据本发明第四实施方式的防反射光学元件表面的一部分的放大平面图。如图13A中所示，多个结构体3的中心位置α在轨迹间方向(行间方向)b相对于虚拟轨迹Ti是变化的。如果结构体3的中心位置α改变，则来自诸如光斑的光源的光可以以二维方式被广泛地散布。因此，能够抑制捕获的图像中亮线噪声的产生。结构体3的中心位置α的变化是规则或不规则的，并且从减少捕获图像中亮线噪声的产生的角度来看，优选是不规则的。此外，从提高结构体3的填充率的角度来看，如图13A中所示的区段D，虚拟轨迹Ti间的变化方向优选是彼此同步的。

虚拟轨迹

图13B是示出了虚拟轨迹Ti的定义的示意图。虚拟轨迹Ti是从结构体3的中心位置α的平均位置得到的虚拟轨迹，并且可从下面详细得到。

首先，使用扫描电子显微镜(SEM)以顶视方式摄取防反射光学元件1的表面。接着，从捕获的SEM照片中选取获得虚拟轨迹Ti所在的一行结构体3。接着，从所选择的行中随机选取10个结构体3。然后，设定垂直于结构体3的变化方向b的直线L，并且相对于直线L获得各个所选结构体3的中心位置C₁，C₂，...，和C₁₀。接着，通过对获得的10个结构体3的中心位置进行简单平均(算数平均)得到结构体3的平均中心位置Cm(＝(C₁+C₂+...+C₁₀)/10)。此后，获得了经过所得到的平均中心位置Cm并且平行于直线L的直线，并且该直线被用作虚拟轨迹Ti。此外，由于母版制作过程中曝光时的问题，虚拟轨迹Ti的轨迹节距Tp在轨迹之间是变化的，如图13A中所示。

变化宽度

图14A是示出了结构体的中心位置的变化宽度的示意图。如果轨迹节距Tp的变化宽度ΔTp的最大值是ΔTp_max，则结构体3的中心位置α的变化宽度ΔA优选大于ΔTp_max。从而，能够减少线性亮线噪声的产生。此处，结构体3的中心位置α的变化宽度ΔA是将虚拟轨迹Ti作为基准的变化宽度。

轨迹节距Tp的最大变化宽度ΔTp_max

轨迹节距Tp的最大变化宽度ΔTp_max可如下获得。

首先，使用SEM以顶视的方式摄取防反射光学元件1的表面。接着，从捕获的SEM照片中选取一组相邻行结构体3。接着，从所选的一组结构体3行中的每一行获取虚拟轨迹Ti。接着，获取得到的虚拟轨迹Ti之间的轨迹节距Tp。对从捕获的SEM照片中随机选取的十个部分进行上面所述的获得轨迹节距Tp的处理。此外，通过对从十个部分得到的轨迹节距Tp进行简单的平均(算数平均)得到平均轨迹节距Tpm。

接着，获得上所述得到的平均轨迹节距Tpm与轨迹节距Tp之间的差的绝对值(|Tp-Tpm|)，并且用作轨迹节距Tp的变化宽度ΔTp。如上所述获得多个轨迹节距Tp的变化宽度ΔTp，并且从中选择最大值并且用作最大变化宽度ΔTp_max。

变化率

图14B是示出了结构体的变化率的示意图。如果结构体3在轨迹方向a上的配置节距是配置节距P，则结构体3的中心位置α优选以可抑制线性亮线噪声产生的频率，在轨迹间方向b上变化。具体地，结构体3的中心位置α优选以等于或小于相对于轨迹方向a的预定距离(预定周期)nP(其中n是自然数，例如，n＝5)的距离在轨迹间方向b上变化。更具体地，结构体3的中心位置α优选以等于或小于相对于轨迹方向a的预定数(其中n是自然数，例如，n＝5)的一个的速率在轨迹间方向b变化。

结构体的配置形式的示例

图15A是示出了结构体的配置形式的第一示例的示意图。如图15A中所示，在第一示例中，结构体3的中心位置α以摆动的方式变化。具体地，结构体3的中心位置α配置在摆动轨迹(下文中，称为摆动轨迹)Tw上。

摆动轨迹Tw优选是彼此同步的。通过使摆动轨迹Tw彼此同步来保持诸如(准)四方点阵或(准)六方点阵的单位点阵状，并且因此能够保持高的填充率。摆动轨迹Tw的波形包括例如正弦曲线、三角波等，但并不限制于以上。

摆动轨迹Tw的周期T和幅度A可以是规则的或不规则的，并且从减少线性亮线噪声的角度来看，如图15B中所示，周期T和幅度A中的至少一个优选是不规则的，并且更优选的是，它们都是不规则的。此外，周期T和幅度A的变化并不限制于周期单位，而是幅度A可在一个周期内变化。

图15C是示出了结构体的配置形式的第二示例的示意图。如图15C中的区段S1所示，在第二示例中，各个结构体3的中心位置α在轨迹间方向b上相对于虚拟轨迹Ti彼此独立地变化。此外，如图15C中区段S2中所示，由轨迹方向a上彼此相邻的预定数目结构体3形成块(结构体群)B，并且使用块B作为一个变化单位来变化结构体3的中心位置α。此处，结构体3的中心位置α的变化可以是规则的或不规则的，并且，从减少线性亮线噪声的产生的角度来看，优选是不规则的。此外，尽管在图15C中示出了在一行中混合有由区段S1和区段S2代表的两种配置形式的示例，但配置形式并不一定如此混合，并且可在防反射光学元件表面上形成配置形式中的任一种。

散射光强度Ib相对于入射光强度Ia的比例

被防反射光学元件的表面散射的散射光束Ls的强度Ib和与入射到防反射光学元件1的表面的入射光束的强度Ia和的比例(Ib/Ia)优选在小于1/500的范围呢，更优选在1/5000以下的范围内，并且最优选在1/10⁵以下的范围内。如果比例(Ib/Ia)小于1/500，则能够抑制线性亮线噪声的产生。

5.第五实施方式

结构体的配置形式

图16A是根据本发明第五实施方式的防反射光学元件的一部分的放大平面图。如图16A中所示，第五实施方式与第四实施方式的不同之处在于，相同轨迹中的结构体3的配置节距P相对于平均配置节距Pm是变化的。

变化宽度

图16B是示出了结构体的配置节距P的变化宽度的示意图。如果轨迹节距Tp的变化宽度ΔTp的最大值是ΔTp_max，那么配置节距P的变化宽度ΔP优选大于ΔTp_max。从而，能够减少线性亮线噪声的产生。此处，配置节距P的变化宽度ΔP是使用平均配置节距Pm作为基准的变化宽度。

平均配置节距Pm

平均配置节距Pm可通过如下得到。

首先，使用SEM以顶视的方式摄取防反射光学元件的表面。接着，从捕获的SEM照片中选取一条轨迹T。接着，从配置在所选轨迹T上的多个结构体3选择一组两个相邻的结构体3，并且得到轨迹方向上的配置节距P。对从捕获的SEM照片随机选取的十个部分进行上述的获得配置节距P的处理。此外，通过对从十个部分得到的轨迹节距P进行简单的平均(算数平均)获得平均轨迹节距Pm。

6.第六实施方式

尽管在第一实施方式中描述了将本发明应用于作为摄像装置的数码相机(数字静态照相机)的示例，但本发明的应用例不限制于以上。在本发明的第六实施方式中，将描述将本发明应用于数码摄像机的示例。

图17是示出了根据本发明第六实施方式的摄像装置的构造示例的示意图。如图17所示，根据第六实施方式的摄像装置201是所谓的数码摄像机，并且包括第一透镜组L1、第二透镜组L2、第三透镜组L3、第四透镜组L4、固态摄像装置202、低通滤波器203、滤光片204、电机205、可变光阑片206和电光控制元件207。在摄像装置201中，第一透镜组L1、第二透镜组L2、第三透镜组L3、第四透镜组L4、固态摄像装置202、低通滤波器203、滤光片204、电动机205、可变光阑片206和电光控制元件207构成摄像光学系统。

第一透镜组L1和第三透镜组L3是固定透镜。第二透镜组L2是变焦透镜。第四透镜组L4是聚焦透镜。

固态摄像装置202将入射光转换成将供给信号处理单元(未示出)的电信号。固态摄像装置202例如是CCD(电荷耦合器件)。

低通滤波器203设置在固态摄像装置202前面。低通滤波器203用于抑制捕获接近像素节距的条纹图案图像时产生的伪信号(moiré)，并且，例如由人造石英构成。

滤光片204用于例如将入射向固态摄像装置202的红外区域的光滤除，并且通过抑制近红外区域(630nm到700nm)的光谱波动使可见光区域(400nm到700nm)的光强均匀。滤光片204例如包括红外滤除滤光片(下文中，称为IR滤除滤光片)204a；以及通过将IR滤除涂层层压在IR滤除滤光片204a上所形成的IR滤除涂层204b。此处，IR滤除涂层204b形成在IR滤除滤光片204a的物体侧表面和IR滤除滤光片204a在固态摄像装置202侧表面中的至少一个上。图17示出了在IR滤除滤光片204a的物体侧表面上形成IR滤除涂层204b的示例。

电机205根据从控制器(未示出)供给的控制信号移动第四透镜组L4。可变光阑片206用于调整入射向固态摄像装置202的光量并且由电机(未示出)驱动。

电光控制元件207用于调整入射向固态摄像装置202的光量。电光控制元件207是由至少含有染色类色素的液晶构成的电光控制元件，并且，例如由二色性GH液晶构成。

在构成摄像光学系统的第一透镜组L1、第二透镜组L2、第三透镜组L3、第四透镜组L4、低通滤波器203、滤光片204、电机205和电光控制元件207中的至少一个光学元件或光学元件组(下文中，称为光学单元)的表面上形成多个结构体。结构体的构造、形状、配置形式等可与例如上述的第一到第五实施方式中的任一个中的那些相同。

具体地，在形成摄像光学系统的光学单元中，多个结构体形成在设置于固态摄像装置202前面侧(物体侧)并与其间隔开的滤光片204或第三透镜组L3的表面上的情形下，结构体的构造、形状、配置形式等优选与上述的第一到第五实施方式中的任一个中的那些相同。在多个结构体形成在设置于固态摄像装置202前面侧并与其间隔开的滤光片204或第三透镜组L3外的光学单元的表面上的情形下，结构体的构造、形状、配置形式等优选与上面所述的第四实施方式或第五实施方式中的那些相同的。具体地，在多个结构体形成在靠近固态摄像装置202前面侧设置的低通滤波器203的表面上的情形下，结构体的构造、形状、配置形式等优选与上面所述的第四实施方式或第五实施方式中的那些相同。

本发明中的构造

此外，本发明可具有下面的构造。

(1)一种光学元件，包括：具有表面的基底；以及形成在所述基底表面上的多个亚波长结构体，其中所述多个亚波长结构体形成多个行，并且其中所述亚波长结构体的中心位置在行间方向上变化。此处，所述光学元件是具有防反射功能的光学元件。所述基底是使用所述亚波长结构体提供防反射功能的光学元件体。所述光学元件体例如可包括透镜、透镜滤光片、半透射镜、光控制元件、棱镜、偏振元件等，但不限制于以上。

(2)根据(1)所述的光学元件，其中所述变化是不规则的。

(3)根据(1)或(2)所述的光学元件，其中如果行间节距的变化宽度ΔTp的最大值是ΔTp_max，则亚波长结构体的中心位置的变化为大于行间方向的ΔTp_max。

(4)根据(1)或(2)所述的光学元件，其中所述行是摆动的。

(5)根据(4)中所述的光学元件，其中所述行的摆动的周期或幅度中的至少一个是不规则的。

(6)根据(1)或(2)所述的光学元件，其中所述亚波长结构体的中心位置在行间方向相对于彼此独立地变化。

(7)根据(1)或(2)所述的光学元件，其中行方向相邻的亚波长结构体形成块，并且其中所述亚波长结构体的中心位置以所述块为单位在行间方向上变化。

(8)一种光学元件，包括具有表面的基底；以及形成在所述基底的表面上的多个亚波长结构体，其中所述多个亚波长结构体形成多个行，并且其中相同行中的所述亚波长结构体的配置节距P相对于平均配置节距Pm是变化的。

(9)根据(8)所述的光学元件，其中所述变化是不规则的。

(10)根据(8)或(9)所述的光学元件，其中如果行间节距的变化宽度的最大值是ΔTp_max，则配置节距P相对于平均配置节距Pm的变化宽度ΔP的变化为大于ΔTp_max。

(11)根据(8)或(9)所述的光学元件，其中所述亚波长结构体的配置节距P在行间方向相对于彼此独立变化。

(12)根据(8)或(9)所述的光学元件，其中行方向上相邻的亚波长结构体形成块，并且其中所述亚波长结构体的配置节距P以所述块为单位在行方向上变化。

(13)一种光学系统，包括一个或两个以上光学元件，所述光学元件具有其上形成有多个亚波长结构体的表面，其中所述光学元件包括具有表面的基底；以及在所述基底的表面上形成的多个亚波长结构体，其中所述多个亚波长结构体形成多个行，并且其中所述亚波长结构体的中心位置在行间方向上是变化的。

(14)根据(13)所述的光学系统，其中所述变化是不规则的。

(15)根据(13)或(14)所述的光学系统，其中如果行间节距的变化宽度ΔTp的最大值是ΔTp_max，则亚波长结构体的中心位置的变化大于行间方向的ΔTp_max。

(16)根据(13)或(14)所述的光学系统，其中所述行是摆动的。

(17)根据(16)所述的光学系统，其中所述行的摆动的周期或幅度中的至少一个是不规则的。

(18)根据(13)或(14)所述的光学系统，其中所述亚波长结构体的中心位置在行间方向相对于彼此独立变化。

(19)根据(13)或(14)所述的光学系统，其中行方向上相邻的亚波长结构体形成块，并且其中所述亚波长结构体的中心位置以所述块为单位在行间方向上变化。

(20)根据(13)至(19)中任一项所述的光学系统，还包括用于感测经由所述光学元件的光的摄像装置。

(21)一种光学系统，包括一个或两个以上光学元件，所述光学元件具有其上形成有多个亚波长结构体的表面，其中光学元件包括具有表面的基底；以及在所述基底的表面上形成的多个亚波长结构体，并且其中相同行中的所述亚波长结构体的配置节距P相对于平均配置节距Pm是变化的。

(22)根据(21)所述的光学系统，其中所述变化是不规则的。

(23)根据(21)或(22)所述的光学系统，其中如果行间节距的变化宽度的最大值是ΔTp_max，则配置节距P相对于平均配置节距Pm的变化宽度ΔP的变化为大于ΔTp_max。

(24)根据(21)或(22)所述的光学系统，其中所述亚波长结构体的配置节距P在行方向上相对于彼此独立变化。

(25)根据(21)或(22)所述的光学系统，其中在行方向上相邻的亚波长结构体形成块，并且其中所述亚波长结构体的配置节距P以所述块为单位在行方向上变化。

(26)根据(21)至(25)中任一项所述的光学系统，还包括用于感测通过所述光学元件的光的摄像装置。

(27)一种摄像装置，所述摄像装置包括根据(13)至(26)中任一项所述的光学系统。

(28)一种光学仪器，所述光学仪器包括根据(13)至(26)中任一项所述的光学系统。

(29)一种母版，具有其上形成有多个亚波长结构体的表面，其中所述多个亚波长结构体形成多个行，并且其中所述亚波长结构体的中心位置在行间方向上变化。

(30)根据(29)所述的母版，其中所述变化是不规则的。

(31)根据(29)或(30)所述的母版，其中如果行间节距的变化宽度ΔTp的最大值是ΔTp_max，则所述亚波长结构体的中心位置的变化大于行间方向的ΔTp_max。

(32)根据(29)或(30)所述的母版，其中所述行是摆动的。

(33)根据(32)所述的母版，其中所述行的摆动周期或幅度中的至少一个是不规则的。

(34)根据(29)或(30)所述的母版，其中所述亚波长结构体的中心位置在行间方向相对于彼此独立改变。

(35)根据(29)或(30)所述的母版，其中行方向上相邻的亚波长结构体形成块，并且其中所述亚波长结构体的中心位置以所述块为单位在行间方向上变化。

(36)一种母版，具有其上形成有多个亚波长结构体的表面，其中所述多个亚波长结构体形成多个行，并且其中相同行中的所述亚波长结构体的配置节距P相对于平均配置节距Pm是变化的。

(37)根据(36)所述的母版，其中所述变化是不规则的。

(38)根据(36)或(37)所述的母版，其中如果行间节距的变化宽度的最大值是ΔTp_max，则配置节距P相对于平均配置节距Pm的变化宽度ΔP的变化为大于ΔTp_max。

(39)根据(36)或(37)所述的母版，其中所述亚波长结构体的配置节距P在行方向上相对于彼此独立变化。

(40)根据(36)或(37)所述的母版，其中行方向上相邻的亚波长结构体形成块，并且其中所述亚波长结构体的配置节距P以所述块为单位在行方向上变化。

示例

尽管将使用示例来描述本发明，但本发明并不局限于这些示例。

轨迹节距和散射光之间的关系

通过RCWA(严格耦合波分析)仿真来研究轨迹节距和散射光之间的关系。

测试例1-1

假设光学元件在其表面上具有多个亚波长结构体，在将来自点光源的光施加至光学元件的情况下通过仿真得到散射光的强度分布。

仿真条件如下。

亚波长结构体布置：四方点阵

轨迹方向配置节距P1：250nm

轨迹节距Tp：200nm

亚波长结构体的底面形状：椭圆形

亚波长结构体的高度：200nm

结构体形状：抛物线形(挂钟形)

偏光：无偏光

折射率：1.5

测试例1-2

除了轨迹节距Tp是250nm之外，测试例1-2与测试例1-1相同，并且通过仿真获得散射光的强度分布。

图18A是示出了测试例1-1的仿真结果的示图。图18B是示出了测试例1-2的仿真结果的示图。在图18A和图18B中，给出了纵轴和横轴(XY轴)：NA＝±1.5范围内散射光的强度分布，并且将具有高强度的位置显示成亮的(白色)。在图18A和图18B的中心(光轴部分)中示出的具有高强度散射光的部分(光轴部分)示出了入射光的强度(零级光)。

从上述仿真结果可得出以下内容。

在测试例1-1中，散射光变得远离光轴，并且因此，与在测试例1-2中假设的光学元件相比，在测试例1-1假设的光学元件中散射光的强度趋于在NA＜0.8的范围内减小。因此，在测试例1-1假设的光学元件中，可减少捕获图像中的图像噪声(亮线噪声)。

在测试例1-2中，散射光存在于光轴周围，因此散射光的强度趋于在NA＜0.8的范围内增大。因此，在测试例1-2中假设的光学元件中，在捕获的图像中产生图像噪声(亮线噪声)。

如上所述，从减少图像噪声产生的角度来看，轨迹节距(轨迹间方向上的配置节距)Tp优选是小的。

轨迹节距变化量和散射光之间的关系

通过RCWA(严格耦合波分析)仿真研究轨迹节距变化量、亚波长结构体的配置形式和散射光之间的关系。

测试例2-1

假设其表面上具有多个亚波长结构体的光学元件，在将来自点光源的光施加至光学元件的情况下通过仿真得到散射光的强度分布。

仿真条件如下。

亚波长结构体布置：四方点阵

轨迹方向配置节距P1：250nm

轨迹节距Tp的中心值：250nm

轨迹节距Tp变化量的最大值：32nm

亚波长结构体底面的形状：椭圆形

亚波长结构体的高度：200nm

结构体形状：抛物线形(挂钟形)

偏光：无偏光

折射率：1.5

测试例2-2

除了轨迹节距Tp变化量的最大值是ΔTp＝8nm之外，测试例2-2与测试例2-1相同，并且通过仿真得到散射光的强度分布。

测试例2-3

除了轨迹节距Tp变化量的最大值ΔTp＝8nm，并且轨迹是摆动的之外，测试例2-3与测试例2-1相同，并且通过仿真得到散射光的强度分布。

图19A和图19B是示出了测试例2-1的仿真结果的示图。图20A和图20B是示出了测试例2-2的仿真结果的示图。图21A和图21B是示出了测试例2-3的仿真结果的示图。在图19A、图20A和图21A中，给出纵轴和横轴(XY轴)：NA＝±1.5范围内的散射光的强度分布，并且将具有高强度的位置显示成亮的(白色)。在图19A、图20A和图21A的中心(光轴部分)中示出的具有高强度散射光的部分示出了入射光(零级光)的强度。此外，测试例2-1中的雾影值(haze value)接近通过实际测量得到的雾影值(对应于蛾眼的雾影值)，并且因此可判定测试例2-1到2-3的仿真中假设的模型是适宜的。

关于测试例2-1至2-3，条纹状散射光的光量和ILb与入射光的光量和ILa的比例((ILb/ILa)×100％)示出如下。

测试例2-1：0.2％(散射光的强度和Ib与入射光的强度和Ia的比例((Ib/Ia)∶1/500)

测试例2-2：0.02％(散射光的强度和Ib与入射光的强度和Ia的比例((Ib/Ia)∶1/5000)

测试例2-3：0.001％(散射光的强度和Ib与入射光的强度和Ia的比例((Ib/Ia)∶1/10⁵)

从上述仿真结果可得出以下内容。

从测试例2-1的仿真结果可看出，如果轨迹节距Tp变化量的最大值较大，则产生亮线噪声。

从测试例2-2的仿真结果可看出，如果轨迹节距Tp变化量的最大值较小，则可抑制亮线噪声的产生，从而通过以高精度控制轨迹节距的变化量的方式能够达到抑制亮线噪声的产生的效果。

从测试例2-3的仿真结果可看出，如果轨迹节距Tp变化量的最大值较小并且轨迹通过非周期性频率摆动改变，则可进一步抑制亮线噪声的发生。

从抑制亮线噪声产生的角度来看，散射光强度与入射光强度的比例优选在小于1/500的范围内，更优选1/5000以下的范围内，并且最优选1/10⁵以下的范围内。

如上所述，尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但本发明并不限制于上述的实施方式，并且可基于本发明的技术精神进行各种修改。

例如，根据本发明实施方式的光学元件不仅能够应用于摄像装置还可用于显微镜或曝光装置。

此外，例如，实施方式中已经描述的构造、方法、处理、形状、材料、数值等仅是示例，并且可根据需要使用与此不同的构造、方法、处理、形状、材料、数值。

此外，在不背离本发明的精神的前提下的范围内，可将实施方式中描述的构造、方法、处理、形状、材料、数值等进行相互组合。

尽管在上面所述的实施方式中已经描述了将本发明应用于摄像装置的示例，但本发明并不局限于该示例，并且本发明可应用于具有其表面(入射面和出射面中的至少一个)上设置有多个亚波长结构体的光学元件的光学系统，或具有所述光学系统的光学设备。例如，本发明可应用于显微镜和曝光装置等。

此外，尽管已经描述了将本发明应用于数字摄像装置的示例，但本发明可应用于模拟摄像装置。

本发明包含于2011年3月23日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2011-064500中公开的相关主题，其全部内容结合于此作为参考。

本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合以及替换，只要它们在所附权利要求书或其等同物的范围内。

Claims (18)

1.一种光学系统，包括：

光学元件，所述光学元件具有形成有多个亚波长结构体的表面；以及

摄像装置，所述摄像装置具有用于感测经由所述光学元件的光的摄像区域，

其中，所述光学元件的所述表面具有散射入射光并且产生散射光的一个或两个以上区段，并且

其中，到达所述摄像区域的散射光的分量总和小于到达除所述摄像区域以外的区域的散射光的分量总和。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述散射光的强度分布具有各向异性。

3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述散射光的强度分布根据数值孔径NA而不同。

4.根据权利要求3所述的光学系统，其中，在数值孔径NA≤0.8范围内所述散射光的强度分布的每单位立体角的强度小于在数值孔径NA＞0.8范围内所述散射光的强度分布的每单位立体角的强度。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述摄像区域中的散射光的强度分布的最大值小于所述摄像区域外的区域中的散射光的强度分布的最大值。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述多个亚波长结构体被布置为在所述光学元件的所述表面上形成多个行，并且

在所述区段中，所述行的节距P与参考节距P相比是变化的。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其中，所述行的形状是线形或弧形。

8.根据权利要求7所述的光学系统，其中，所述多个亚波长结构体形成点阵图案，并且

其中所述点阵图案是六方点阵图案、准六方点阵图案、四方点阵图案和准四方点阵图案中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的光学系统，其中，所述摄像区域具有矩形形状，所述矩形形状具有彼此相对的两组边，并且

其中，所述行的方向平行于所述两组边中的一组边的延伸方向。

10.根据权利要求9所述的光学系统，其中，所述两组边包括一组彼此相对的短边和一组彼此相对的长边，并且

其中，所述行的方向平行于所述长边的延伸方向。

11.根据权利要求10所述的光学系统，其中，所述亚波长结构体是包括具有长轴和短轴的椭圆形的底面的锥体，并且

其中，所述底面的长轴的方向与所述行的方向一致。

12.一种包括权利要求1至11中任一项所述的光学系统的摄像装置。

13.一种包括权利要求1至11中任一项所述的光学系统的光学仪器。

14.一种光学元件，所述光学元件包括：

多个亚波长结构体，形成于所述光学元件的表面上，

其中，所述多个亚波长结构体形成点阵图案，

其中，所述多个亚波长结构体被配置为在所述表面上形成多行轨迹，

其中，所述表面散射一部分入射光，并且

其中，经散射的光的强度之和小于所述入射光的强度之和的1/500。

15.根据权利要求14所述的光学元件，其中，所述轨迹之间的轨迹节距Tp是变化的。

16.根据权利要求14所述的光学元件，其中，所述点阵图案是六方点阵图案、准六方点阵图案、四方点阵图案和准四方点阵图案中的至少一种。

17.根据权利要求14所述的光学元件，其中，所述亚波长结构体是底面包括具有长轴和短轴的椭圆形的锥体，并且

其中，所述底面的长轴的方向与所述轨迹的延伸方向一致。

18.一种用于制造根据权利要求14至17中任一项所述的光学元件的母版。

Images