CN104871043A - 光学元件、投影装置和光学元件的制造方法 - Google Patents

光学元件、投影装置和光学元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够使用湿蚀刻进行加工的、光的利用效率高的扩散板。通过提供具有下述特征的光学元件解决了所述技术问题。该光学元件的特征在于：在基材的表面形成有多个凹部，所述凹部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凹部形成为：所述凹部的底部的位置在深度方向上为两个以上的不同的位置，在将所述基材的折射率设为n1、将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为λ并且将多个所述凹部的底部的深度方向上的范围设为Δd的情况下，2/7≤|(n1－n2)×Δd|/λ≤10。

Description

光学元件、投影装置和光学元件的制造方法
技术领域
本发明涉及光学元件、投影装置和光学元件的制造方法。
背景技术
在以激光器为光源的投影装置的情况下，为了校正由激光器照射的光束的强度分布，有时使用专利文献1所公开的那样的散射板。然而，散射板利用其表面的无规则的凹凸使光扩散，因此通常光的利用效率较差，优选如微透镜阵列那样利用折射作用使光的扩散位于预定的范围内。
然而，在使用激光器那样的相干性较高的光源的情况下，在排列规则的微透镜的情况下，按照排列的规则性仅沿预定的方向产生衍射光，有时光束的强度分布的校正不十分。作为降低这样的衍射作用的方法，具有对微透镜阵列导入不规则性的方法，特别是已知有通过在被控制的范围导入不规则性而使光在预定的角度范围内扩散的方法。在专利文献2中公开了一种沿深度方向导入不规则性的微构造体，并示出了深度方向上的分布范围为10μm以上的微构造体的例子。
此外，在以激光器为光源的投影装置的情况下，为了校正由激光器照射的光束的强度分布，有时使用专利文献1那样的散射板。然而，散射板利用其表面的无规则的凹凸使光扩散，因此通常光的利用效率较差，优选如微透镜阵列那样利用折射作用使光的扩散位于预定的范围内。在专利文献3中公开了在投影装置内使用微透镜阵列的例子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007－233371号公报
专利文献2：美国发明申请第7033736号说明书
专利文献3：日本特开2012－145804号公报
发明内容
发明要解决的问题
对于这样的光学元件，谋求一种能够利用湿蚀刻进行加工并且光的利用效率较高的作为扩散板的光学元件。
此外，对于以激光器为光源且使用微透镜阵列的投影装置，谋求一种明亮度、颜色等均匀的投影装置。
用于解决问题的方案
根据本实施方式的一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凹部，所述凹部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凹部形成为：所述凹部的底部的位置在深度方向上为两个以上的不同的位置，在将所述基材的折射率设为n1、将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为λ并且将多个所述凹部的底部的深度方向上的范围设为Δd的情况下，
2/7≤|(n1－n2)×Δd|/λ≤10。
另外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凸部，所述凸部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凸部形成为：所述凸部的顶峰部的位置在高度方向上为两个以上的不同的位置，在将所述基材的折射率设为n1、将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为λ并且将多个所述凸部的顶峰部的高度方向上的范围设为Δd的情况下，
2/7≤|(n1－n2)×Δd|/λ≤10。
此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凹部，所述凹部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凹部形成为：所述凹部的底部的位置在深度方向上为两个以上的不同的位置，在将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为λ并且将多个所述凸部的顶峰部的高度方向上的范围设为Δd的情况下，
2/7≤|2×n2×Δd|/λ≤10。
此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凸部，所述凸部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凸部形成为：所述凸部的顶峰部的位置在高度方向上为两个以上的不同的位置，在将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为λ并且将多个所述凸部的顶峰部的高度方向上的范围设为Δd的情况下，
2/7≤|2×n2×Δd|/λ≤10。
此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，具有在基材的表面形成具有多个开口部的掩模的工序以及通过对形成有所述掩模的基材进行湿蚀刻而在所述基材的表面形成多个凹部的工序，所述多个开口部是两个以上的大小不同的开口部，在多个所述凹部中，所述凹部的底部的位置在深度方向上为两个以上的不同的位置。
此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，具有在基材的表面形成具有多个开口部的掩模的工序以及通过对形成有所述掩模的基材进行湿蚀刻而在所述基材的表面形成多个凹部的工序，在所述基材的形成有所述开口部的区域形成有两个以上的不同深度的沉孔部。
此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凹部，所述凹部具有由曲面形成的曲面部，所述基材的表面被分割为多个区域，所述多个区域中的一个区域的至少一部分是使所述多个区域中的另一区域的至少一部分以所述基材的表面的法线为轴线旋转而得到的形状。
此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凸部，所述凸部具有由曲面形成的曲面部，所述基材的表面被分割为多个区域，所述多个区域中的一个区域的至少一部分是使所述多个区域中的另一区域的至少一部分以所述基材的表面的法线为轴线旋转而得到的形状。
此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凹部，所述凹部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凹部的底部不规则地形成，所述基材的表面被分割为多个区域，在由二等分线包围的部分内存在有一个所述底部，该二等分线是所述底部按预定的周期排列的情况下的、相邻的点之间的二等分线，所述多个区域中的各区域的所述预定的周期的排列方向互不相同。
此外，根据本实施方式的另一技术方案，其特征在于，在基材的表面形成有多个凸部，所述凸部具有由曲面形成的曲面部，多个所述凸部的顶峰部不规则地形成，所述基材的表面被分割为多个区域，所述顶峰部不规则地形成，在由二等分线包围的部分内存在有一个所述顶峰部，该二等分线是所述顶峰部按预定的周期排列的情况下的、相邻的点之间的二等分线，所述多个区域中的各区域的所述预定的周期的排列方向互不相同。
此外，本实施方式的另一技术方案是一种投影装置，该投影装置具有：光源，其用于射出波长为λ的激光；微透镜阵列，在其供所述激光入射的表面形成有多个透镜部；空间调制器，透射所述微透镜阵列后的光束照射于该空间调制器；以及投影光学系统，其用于对通过所述空间调制器后的光束进行投影，该投影装置的特征在于，在将向所述微透镜阵列入射的激光的光束的直径设为D、将所述微透镜阵列的发散角度设为δ并且将所述微透镜阵列中的相邻的透镜部的间隔设为P的情况下，满足sinδ＞2λ/P＞6λ/D。
此外，本实施方式的另一技术方案是一种投影装置，该投影装置具有：光源，其用于射出波长为λ的激光；微透镜阵列，在其供所述激光入射的表面形成有多个透镜部；空间调制器，透射所述微透镜阵列后的光束照射于该空间调制器；以及投影光学系统，其用于对通过所述空间调制器后的光束进行投影，该投影装置的特征在于，在所述微透镜阵列的彼此相邻的透镜部中，所述透镜部的开口的大小、曲率半径、透镜间隔这三者中的一者或两者以上不同。
发明的效果
采用本发明能够提供一种光的利用效率较高的光学元件。或者，采用本发明能够得到一种明亮度、颜色等均匀的投影装置。
附图说明
图1是第1实施方式的光学元件的构造图。
图2是第1实施方式的光学元件的说明图(1)。
图3是第1实施方式的光学元件的说明图(2)。
图4是第1实施方式的光学元件的制造方法1的工序图。
图5是第1实施方式的光学元件的制造方法2的工序图。
图6是第1实施方式的光学元件的制造方法3的工序图。
图7是第1实施方式的光学元件的制造方法4的工序图。
图8是第1实施方式的另一光学元件的构造图(1)。
图9是第1实施方式的另一光学元件的构造图(2)。
图10是第1实施方式的投影装置的构造图。
图11是第1实施方式的另一投影装置的构造图。
图12是荧光轮的构造图。
图13是例1的光学元件的说明图。
图14是例2的光学元件的说明图。
图15是例3的光学元件的说明图。
图16是例4的光学元件的说明图。
图17是例5的光学元件的说明图。
图18是例6的光学元件的说明图。
图19是例7的光学元件的说明图。
图20是例8的光学元件的说明图。
图21是例9的光学元件的说明图。
图22是例10的光学元件的说明图。
图23是例11的光学元件的说明图。
图24是例12的光学元件的说明图。
图25是例13的光学元件的说明图。
图26是例14的光学元件的说明图。
图27是例14的光学元件的凹部的面积比与凹部的底面的高度方向上的相对位置之间的相关图。
图28是第2实施方式的光学元件的构造图。
图29是第2实施方式的光学元件的说明图(1)。
图30是第2实施方式的光学元件的说明图(2)。
图31是第2实施方式的光学元件的制造方法的说明图。
图32是例15的光学元件的说明图。
图33是例16的光学元件的说明图。
图34是例17的光学元件的说明图。
图35是例18的光学元件的说明图。
图36是例19的光学元件的说明图。
图37是例20的光学元件的说明图。
图38是例21的光学元件的说明图。
图39是例22的光学元件的说明图。
图40是例23的光学元件的说明图。
图41是例24的光学元件的说明图。
图42是例25的光学元件的说明图。
图43是例22～例25的光学元件的说明图。
图44是例26的光学元件的说明图。
图45是例27的光学元件的说明图。
图46是例28的光学元件的说明图。
图47是第3实施方式的投影装置的结构图。
图48是第3实施方式的微透镜阵列的放大图。
图49是微透镜阵列的说明图(1)。
图50是微透镜阵列的说明图(2)。
图51是微透镜阵列的说明图(3)。
图52是第3实施方式的微透镜阵列的构造图(1)。
图53是第3实施方式的微透镜阵列的构造图(2)。
图54是第3实施方式的微透镜阵列的构造图(3)。
图55是第4实施方式的投影装置的结构图。
图56是第4实施方式的投影装置所使用的荧光轮的说明图。
图57是第5实施方式的微透镜阵列的构造图。
具体实施方式
以下说明用于实施发明的方式。另外，对相同的构件等标注相同的附图标记并省略说明。
〔第1实施方式〕
另外，专利文献2的微构造体在深度方向上具有较大的分布，因此在发散光等光倾斜地入射的情况下，有可能产生不需要的散射光。
此外，在入射激光的情况下，有时要求耐光性，作为所使用的基材，优选由玻璃等具有耐光性的材料形成。作为将玻璃等的表面加工成凹凸形状的方法，具有利用湿蚀刻进行加工的方法，但通常能够利用湿蚀刻进行加工的形状存在限制，如专利文献2所记载的那样，在以较深且不同的深度形成凹凸形状的情况下，难以加工成期望的形状。
另一方面，作为将玻璃等的表面加工成凹凸形状的方法，还具有基于干蚀刻、冲压成形的加工方法，但在较深地形成凹凸形状的情况下，存在干蚀刻的加工时间变长这样的问题，此外，在冲压成形的情况下，也存在冲压成形时进入空气而导致进入空气的部分成为缺陷等问题。
因此，谋求一种能够利用湿蚀刻进行加工并且光的利用效率较高的作为扩散板的光学元件。
采用本实施方式能够提供一种能够利用湿蚀刻进行加工并且光的利用效率较高的作为扩散板的光学元件。
(光学元件)
基于图1说明第1实施方式的光学元件。另外，图1的(a)是本实施方式的光学元件的俯视图，图1的(b)示意性地表示在图1的(a)中的单点划线1A－1B处剖切而得到的剖视图。
本实施方式的光学元件10为在基材11的表面形成有多个凹部12的构造。另外，在本实施方式的说明中，对在基材11的表面形成有多个凹部12的情况进行说明，但本实施方式的光学元件也可以是在基材11的表面形成有多个凸部的光学元件。
在图1所示的本实施方式的光学元件中，凹部12的最深的部分为底部13，凹部12的底部13的深度方向上的位置并不相同，凹部12的底部13的深度方向上的位置为两个深度值以上的位置，在多个凹部12的底部13中，最深的底部13的深度位置与最浅的底部13的深度位置之差、即底部13的高低差形成为Δd。
接着，说明底部13的平面位置。在图2的(a)中，底部13的位置由“●”表示。底部13的位置既可以是规则的排列、即按预定的周期排列的，也可以是不规则的排列的。在底部13的位置为不规则的排列的情况下，在将规则的排列的间距设为P时，优选底部13形成为：存在于以呈规则排列的情况下的底部的中心点(呈规则排列的点)为基准、半径为0.5×P的圆的范围内，而且更优选形成为存在于半径为0.25×P的圆的范围内。另外，在图2的(a)中，呈规则排列的点的位置由“×”表示。在图2的(a)中，该规则的排列为这样的排列：连结呈规则排列的最近的点彼此而得到的形状为三角形。
此外，也可以以在某一第1方向上的底部的平均间隔为P1的方式排列底部。此时，也可以将与第1方向正交的方向作为第2方向而以沿第1方向形成的底部的列的、各底部的位置的重心的间隔为P2的方式配置。这样的排列原本就不是规则的排列，因此能够更加降低规则排列的周期性的影响。图3示出了这样的排列的例子。在图3中，底部的位置由“●”表示。在图3中，沿第1方向配置有多个底部的列，该多个底部的列中的一部分底部的列的在第2方向上的重心位置由虚线51a、虚线51b、虚线51c、虚线51d表示。在重心位置为虚线51a的底部的列中，在第1方向上的底部的间隔分别为P11、P12、…、P17，它们的平均值为P1。此外，以在第2方向上的重心位置、即虚线51a、虚线51b、虚线51c、虚线51d彼此之间的间隔分别为P2的方式使各底部的列中的底部的位置在第2方向上呈不规则状。在图3中，以这样的方式配置，即：自附图的下方起为奇数列的底部的列的左端的底部的在第1方向上的重心位置(虚线53)与自附图的下方起为偶数列的底部52的列的左端的底部的在第1方向上的重心位置(虚线54)之间的间隔为P1/2，满足30.5/2×P1＝P2。优选底部的列中的底部的在第1方向上的间隔为(1±0.25)P1，更优选为(1±0.15)P1。此外，相对于底部的列的在第2方向上的重心位置而言，优选该底部的列中的底部的位置为重心位置±0.25P2，更优选为重心位置±0.15P2。
此外，在底部的排列具有不规则性的情况下，也可以包括在区域内的局部范围内底部的排列呈点对称或线对称的配置。通过这样，在某一方向的正方向和负方向上不易出现非对称性。
对于本实施方式的光学元件，通过像这样形成，从而如后述那样能够使光在预定的角度范围高效地扩散。此外，于在每个方向上规则的排列的间距不同的情况下，也可以根据该情况的比率而将本实施方式中的底部13所处的范围做成椭圆。此外，也可以形成为：本实施方式的底部13位于由相邻的呈规则排列的点之间的二等分线包围的区域内。此外，更优选形成为：本实施方式的底部13位于由如下垂线包围的区域内，该垂线是呈规则排列的点与相邻的呈规则排列的点之间的距离的1/4的位置处的垂线。在此，垂线是将呈规则排列的点与相邻的呈规则排列的点连结起来的线段的垂线。
另外，在图2的(a)中示出了底部13“●”位于呈三角的规则排列的点的位置“×”的间距的1/4内的区域的情况。此外，图2的(b)示出了在图2的(a)中的将凹部12a的底部13a与凹部12b的底部13b连结起来的单点划线2A－2B处剖切而得到的剖视图。
如图2的(b)所示，凹部12a的底部13a与凹部12b的底部13b在深度方向上的位置不同，在形成凹部12a的面和形成凹部12b的面具有相同的曲率的情况下，凹部12a与凹部12b之间的边界点14不位于底部13a与底部13b之间的二等分线上。另外，相邻的底部在深度方向上的位置一致的情况由虚线表示，在该情况下，边界点15位于底部13a与底部13b1之间的二等分线上。
通常，在通过对玻璃等基材进行湿蚀刻而形成凹部的情况下，相邻的凹部的表面的曲率为同等程度。因此，在凹部的底部的深度方向上的位置差异较大时，边界点14的位置自位于二等分线上的位置较大地偏离。
另外，在凹部在边界点15的位置处相邻的情况下，相邻的凹部的表面的倾斜角度相同，能够使凹部的在边界点15处的倾斜角度为预定的扩散角度，能够使光高效地在预定的扩散角度范围内扩散。另一方面，在凹部在边界点14的位置处相邻的情况下，相邻的凹部的表面的倾斜角度不同，相对于预定的扩散角度而言，一个凹部的倾斜角度较小，另一个凹部的倾斜角度较大。在该情况下，光扩散到预定的扩散角度范围外的量增加。
根据以上，在凹部12的底部13的深度方向上的位置较大地不同的情况下，容易产生预定的扩散角度范围外的光，因此优选凹部12的底部13的深度方向上的位置差异较小。然而，在凹部12的底部13的深度方向上的位置全部相同的情况下，直行透射的光的成分增多。因此，为了减少直行透射的光的成分，具有使直行透射的光的成分发生衍射现象而进行扩散的方法。
为了发生衍射现象，优选因底部13的深度方向上的位置而产生的光程差为2/7波长以上。此外，为了最高效地发生衍射现象，优选因底部13的深度方向上的位置而产生的光程差为波长左右，只要在衍射现象中考虑光程差的波长的剩余即可，并且若考虑到加工的控制性，则优选因底部13的深度方向上的位置而产生的光程差为波长的10倍以下。
以上，说明了光学元件为透射型的光学元件的情况，但在将形成有凹部12的基材11的折射率设为n1、将凹部12的周围的介质的折射率设为n2并且将入射的光束的波长设为λ的情况下，所述内容能够通过下述的(1)所示的式表示。
2/7≤|(n1－n2)×Δd|/λ≤10····(1)
另外，对于本实施方式的光学元件，更优选为下述的(2)所示的条件，此外，特别优选为下述的(3)所示的条件。
2/7≤|(n1－n2)×Δd|/λ≤5·····(2)
2/7≤|(n1－n2)×Δd|/λ≤2·····(3)
另外，凹部12的底部13的深度方向上的位置也可以形成为：并不是位于任意的位置，而是为多个水平(多个深度位置)。在该情况下，若深度方向上的位置为两个水平(深度位置为两个深度值的位置)以上，则能够得到所述衍射现象，但为了更有效地产生衍射现象，优选深度方向上的位置为4个水平(深度位置为4个深度值的位置)以上。此外，为了有效地产生衍射现象，优选底部13不较多地分布在特定的深度的位置，在两个水平的情况下，优选多于75％的底部13不分布在某一特定的深度方向的位置，而且，在为4个水平以上的情况下，优选多于50％的底部13不分布在某一特定的深度方向的位置。
此外，存在基材11具有弯度的情况、在数100μm以上的较长的间距内具有作为凹凸的波纹部的情况、因湿蚀刻加工而基材11具有较长的间距的波纹部这样的情况。在这样的情况下，因基材11的弯度、波纹部而产生的凹凸，有时在元件的整个面内不满足(1)所示的式，但在这样的情况下，也可以至少相邻的底部满足(1)所示的式。
此外，在将底部13b同凹部12a与凹部12b之间的边界点14之间的高度方向上的位移量设为位移量Δz的情况下，在因位移量Δz而产生的光程差与入射的光的波长相比为较小的值时，有时凹部不对光发挥期望的作用。因而，将位移量Δz在元件内平均化而得到的值设为Δzavg，优选Δzavg满足2/7≤|(n1－n2)×Δzavg|/λ，更优选Δzavg满足1/2≤|(n1－n2)×Δzavg|/λ，特别优选Δzavg满足3/4≤|(n1－n2)×Δzavg|/λ。Δzavg也可以指这样的值：求出凹部的平均形状，将底部之间的平均间隔的一半设为ravg，该Δzavg是通过自原点起以ravg的平均形状的高度近似的近似值。例如，在凹部的平均形状为曲率半径是Ravg的球面的情况下，距原点r的球面的高度能够通过Ravg－(Ravg 2－r2)1/2求得，因此也可以通过Δzavg＝Ravg－(Ravg 2－ravg 2)1/2求得。
在光学元件10为透射型的光学元件的情况下，作为形成表面形成有凹部12的基材11的材料，能够使用玻璃、树脂等透明材料。另外，在入射来自激光器等光源的光的情况下，优选使用高耐光性的玻璃等无机材料。
此外，在本实施方式中，也可以在光学元件10的表面形成未图示的防反射膜等光学薄膜。
(光学元件的制造方法)
接着，说明本实施方式的光学元件的制造方法。对于本实施方式的光学元件10的制造方法，能够列举出这样的方法：通过对基材11进行湿蚀刻来形成的方法、在通过灰度曝光形成抗蚀剂图案之后对基材11进行干蚀刻来形成的方法、利用基于成形模具等的冲压成形来形成的方法以及基于压印等的方法。
作为通过对基材11进行湿蚀刻来制造本实施方式的光学元件的制造方法的例子，以下说明4种制造方法。
(光学元件的制造方法1)
首先，基于图4说明光学元件的制造方法1。
在该方法中，首先，如图4的(a)所示，在由玻璃等形成的基材11上形成图案化的掩模21，在基材11的位于掩模21的开口部处的部分形成沉孔部22。掩模21和沉孔部22的形成方法能够采用如下方法，即：通过组合有光刻、蚀刻、剥离等工艺的加工来形成的方法、喷砂加工等方法。
在喷砂加工中，通常，难以控制沉孔部22的深度、掩模21的开口部的大小，因此优选通过组合有光刻、蚀刻、剥离等工艺的加工来形成的方法。在组合光刻和蚀刻来形成的方法的情况下，在形成沉孔部22时，能够使用干蚀刻，在该情况下，能够将沉孔部22的底面22a加工成平面状。
接着，如图4的(b)所示，在基材11上形成有掩模21，对在基材11的形成有掩模21的开口部的区域形成有沉孔部22的中间制件进行湿蚀刻。由此，以沉孔部22为起点，基材11的一部分通过湿蚀刻而被除去，从而在基材11的表面形成凹部12。在湿蚀刻中，基材11通过蚀刻以各向同性的方式被除去，因此凹部12的底部由平坦部23形成。因此，凹部12的表面由平坦部23和曲面部24形成。曲面部24是截面为圆弧的曲面形状，但在掩模21的耐湿蚀刻性不怎么样的情况下，因掩模21的剥离等，有时凹部12的边缘部分的形状不是圆弧状。在该情况下，凹部12的边缘部分的形状是在截面中的与平坦部23连接的曲面部24的至少一部分为圆弧的曲面形状。作为形成掩模21的材料，优选为能够进行图案化加工且耐湿蚀刻性较高的材料，例如由铬、钼等金属材料形成。
接着，如图4的(c)所示，除去掩模21，从而能够制作本实施方式的光学元件10。
另外，凹部12的平坦部23是与图1和图2等中的底部13相当的部分，由与基材11的厚度方向垂直的面形成。平坦部23与曲面部24的边界能够通过在截面方向上测量曲率半径的值来求出。在该情况下，能够观察到，平坦部23与曲面部24的边界附近的曲率半径自某一恒定值的曲率半径向无限大的曲率半径变化。这样的变化理想上是急剧的变化，但在边界处的变化不是急剧的变化的情况下，也能够将曲面部24的曲率半径的α倍以上的区域等预定的曲率半径以上的区域视为平坦部23。另外，优选α的值为1.1以上。这样的曲率半径等的测量能够使用三维计测仪器。此外，在曲面部24的曲率变大这样的情况下，有时在三维计测仪器的S/N的范围内无法确认曲率半径的变化。然而，在这样的情况下，也可以通过利用电子显微镜、原子力显微镜等观察凹部12的形状来求出平坦部23与曲面部24之间的边界以及平坦部23的大小。
(光学元件的制造方法2)
接着，基于图5说明光学元件的制造方法2。
在图4所示的方法中，在玻璃等基材11形成有沉孔部22，但在该情况下，根据形成基材11的玻璃的种类的不同，有时用于形成沉孔部22的干蚀刻加工需要非常长的时间，而且，有时几乎无法进行干蚀刻、无法形成沉孔部22。图5所示的方法是预先在基材11的表面形成有SiO2、Ta2O5等能够干蚀刻的薄膜层25的方法。
具体而言，首先，如图5的(a)所示，在基材11的表面形成SiO2、Ta2O5等能够干蚀刻的薄膜层25，在薄膜层25上形成掩模21，并且在薄膜层25的位于掩模21的开口部的一部分处形成沉孔部26。由此，能够容易地形成沉孔部26，能够进行后面的湿蚀刻加工。
接着，如图5的(b)所示，在基材11上以层叠的方式形成有薄膜层25和掩模21，通过对在薄膜层25上形成有沉孔部26的中间制件进行湿蚀刻，从而将薄膜层25的一部分和基材11的一部分除去。此时，在基材11中，通过湿蚀刻以各向同性的方式被除去。由此，能够在基材11形成凹部12。
接着，如图5的(c)所示，除去掩模21和薄膜层25，从而能够制作本实施方式的光学元件10。
作为用于形成薄膜层25的材料，优选选择与玻璃相比湿蚀刻的速率较小的材料。例如，在Haixin Zhu et al.，J.Micromech.Microeng.19(2009)065013中记载有针对各种玻璃材料的湿蚀刻的速率。据此，对于组成与SiO2相同的石英和玻璃材料，湿蚀刻的速率有时相差10倍以上。
在将基材11与SiO2的湿蚀刻的速率的比率设为r并且将薄膜层25的沉孔部26的底部的深度方向上的位置的分布范围设为ΔD的情况下，最终的凹部12的底部13的深度方向上的位置的分布范围Δd为Δd＝rΔD。因此，例如，在r为10且需要的Δd为1μm的情况下，ΔD为100nm。这样，除了能够加工各种玻璃材料之外，还能够减少沉孔部26的加工量，因此除干蚀刻之外还能够利用剥离、溶胶-凝胶在薄膜层25形成沉孔部26。
作为用于形成薄膜层25的材料，除SiO2、Ta2O5等之外，还能够使用溶胶-凝胶、有机材料。在使用溶胶-凝胶、有机材料的情况下，也可以通过压印工艺使薄膜层25图案化。
(光学元件的制造方法3)
接着，基于图6说明光学元件的制造方法3。
图6所示的方法与图5所示的方法同样地利用薄膜层调整底部的深度方向上的位置，但并不是在薄膜层形成沉孔部，而是在图案化的掩模21的一部分的开口部形成薄膜层27。由此，能够根据薄膜层27的厚度的不同来调整湿蚀刻液到达基材11为止的时间，能够使要形成的凹部12的底部13的深度方向上的位置位于不同的位置。
在图6所示的制造方法中，首先，如图6的(a)所示，在基材11的表面形成具有开口部的掩模21，在基材11和掩模21上的形成有掩模21的开口部的区域的一部分处形成薄膜层27。
接着，如图6的(b)所示，对在基材11上形成有掩模21和薄膜层27的中间制品进行湿蚀刻，从而将薄膜层27和基材11的一部分除去。此时，在基材11中，通过湿蚀刻以各向同性的方式被除去。由此，能够在基材11形成凹部12。
接着，如图6的(c)所示，除去掩模21，从而能够制作本实施方式的光学元件10。
另外，在图6所示的情况下，说明了在掩模21上形成有薄膜层27的情况，但也可以在形成具有开口部的薄膜层27之后形成掩模21。作为用于形成薄膜层27的材料，能够使用与形成薄膜层25的材料相同的材料，形成方法也能够采用与形成薄膜层25时相同的方法。
(光学元件的制造方法4)
接着，基于图7说明光学元件的制造方法4。
在图5所示的方法中形成薄膜层25，此外，在图6所示的方法中形成薄膜层27，从而形成为凹部12的底部13的深度方向上的位置不同。相对于此，在图7所示的方法中，通过改变掩模28的开口部的大小来改变凹部12的底部13的深度方向上的位置。另外，掩模28由与所述掩模21同样的材料形成。
在图7所示的制造方法中，首先，如图7的(a)所示，在基材11的表面形成开口部的大小不同的掩模28。
接着，如图7的(b)所示，对在基材11形成有掩模28的中间制件进行湿蚀刻，从而将基材11的位于掩模28的开口部处的部分除去。此时，在基材11中，通过湿蚀刻以各向同性的方式被除去。由此，能够在基材11形成凹部12。
接着，如图7的(c)所示，除去掩模28，从而能够制作本实施方式的光学元件10。
另外，在图4～图6所示的方法中，通过湿蚀刻自形成在掩模21上的开口部处将由玻璃形成的基材11除去。在该情况下，认为掩模21的与基材11之间的蚀刻液同掩模21的外侧的蚀刻液之间的更换效率依赖于掩模21的开口部的大小。因此，与掩模的开口部较小的情况相比，在掩模的开口部较大的情况下，能够有效地进行蚀刻液的更换，因此能够提高湿蚀刻的蚀刻速率。湿蚀刻的蚀刻速率的差异为凹部12的深度的差异，因此能够形成为凹部12的底部13的深度方向上的位置不同。在利用图7所示的方法制作光学元件的情况下，对于形成的具有平坦部23和曲面部24的凹部12，形成有平坦部23的深度方向上的位置越深，平坦部23形成得越大。
另外，在图7所示的光学元件的制造方法中，若掩模28的开口部过大，则凹部12的平坦部23的占有面积变大，因此优选掩模28的开口部形成为宽度为10μm以下，更优选形成为宽度为5μm以下。此外，在底部的位置不规则的情况下，底部之间的间隔不规则，因此有时在湿蚀刻的过程中，基材11的隔着相邻的凹部12的部分消失所需要的时间发生变化。在这样的情况下，有时由于湿蚀刻液的状态在各凹部发生变化而使各凹部的蚀刻速率发生变化。在这样的情况下，即使掩模21的开口部的大小相同，也能够使底部13的深度方向发生变化。
此外，在图4～图7所示的方法中，若存在掩模21、28剥离、出现蚀刻液的局部的浓度分布的情况，则有时无法形成期望的形状的凹部12。因此，优选曲面部24的曲率半径形成为在曲率半径的平均值±50％以内。此外，更优选形成为在±30％以内，特别优选形成为在±10％以内。
此外，在使用所述那样的制造方法的情况下，如图2的(b)所示，底部13b的位置越深，点14a的位置离点14b越远。因而，在图2的(a)这样的俯视图中的各凹部12所占有的多边形的面积与底部13的深度存在相关性。因而，作为用于判断所制作的元件与设计之间的差异的指标，能够利用凹部12所占有的多边形的面积与底部13的深度之间的相关性。在此，优选将光学元件加工为在计算凹部12所占有的多边形的面积与底部13的深度之间的相关系数时相关系数的绝对值为0.2以上，进一步优选将光学元件加工为相关系数的绝对值为0.4以上。
(另一构造的光学元件)
接着，说明本实施方式的另一构造的光学元件。
图8所示的构造的光学元件30为在基材31的表面形成有多个凸部32的构造的元件。另外，图8的(a)是本实施方式的光学元件的俯视图，图8的(b)示意性地表示图8的(a)中的单点划线8A－8B处剖切而得到的剖视图。该光学元件30的基材31能够使用与光学元件10的基材11相同的材料。此外，该光学元件30的凸部32的顶峰部33与光学元件10的凹部12的底部13相对应，凸部32的顶峰部33的高度方向上的位置与底部13的深度方向上的位置相对应。
作为形成有多个凸部32的光学元件30的制造方法，能够使用利用灰度掩模、成形模具形成预定的抗蚀剂形状并通过干蚀刻将该抗蚀剂形状转印在基材上的方法、通过冲压成形在基材的表面转印成形模具的凹凸的方法。此外，还能够使用在基材与成形模具之间配置树脂材料而在树脂材料转印凹凸的方法。
在进行干蚀刻、冲压成形的情况下，若高度方向上的平均位移量Δzavg较大，则干蚀刻的蚀刻量变大，而难以进行加工，此外，在采用冲压成形的情况下，存在产生加工缺陷等问题，因此从而加工的观点而言，也优选满足式(1)～式(3)中的任意一者。
作为所述加工方法的成形模具，除了基于切削的成形模具之外，还能够使用通过制造方法1～4所述的方法加工的成形模具。此外，也可以作成通过制造方法1～4所述的方法加工的成形模具的复制品而将该复制品用作成形模具。
此外，图9所示的构造的光学元件40为这样的构造的元件：该光学元件40是反射型的光学元件，在基材41的表面形成有多个凹部42，在形成有凹部42的面形成有反射膜44。另外，图9的(a)是本实施方式的光学元件的俯视图，图9的(b)示意性地表示在图9的(a)中的单点划线9A－9B处剖切而得到的剖视图。在该光学元件40的凹部42与凹部12的底部13同样地形成有底部43。反射膜44能够由电介质多层膜、金属膜形成。对于该光学元件40，在将凹部42的周围的介质的折射率设为n2并且将入射的光束的波长设为λ的情况下，存在下述的(4)所示的式的关系。
2/7≤|2×n2×Δd|/λ≤10·····(4)
另外，对于本实施方式的光学元件，更优选为下述的(5)所示的条件，此外，特别优选为下述的(6)所示的条件。
2/7≤|2×n2×Δd|/λ≤5······(5)
2/7≤|2×n2×Δd|/λ≤2······(6)
此外，在透射和反射中的任一情况下，通常，在使用与底部43的深度方向上的位置相对应的光路长度差(ΔL)的情况下，均存在下述的(7)所示的式的关系。
2/7≤|ΔL|/λ≤10······(7)
如所述那样，优选底部43的深度方向上的位置的分布较小，因此优选存在下述的(8)所示的关系，更优选存在下述的(9)所示的关系。
2/7≤|ΔL|/λ≤5·······(8)
2/7≤|ΔL|/λ≤2·······(9)
对于图9所示的光学元件40的基材41，除了玻璃之外，还能够使用金属、半导体等不透明的材料。
(投影装置)
接着，说明本实施方式的投影装置。图10示意性地表示本实施方式的投影装置100的构造。投影装置100具有：激光光源111a、111b、111c；透镜112a、112b、112c；光学元件113a、113b、113c；透镜114a、114b、114c；空间光调制器115a、115b、115c；复用棱镜(日文：合波プリズム)116；以及透镜117。另外，在本实施方式中，有时将由激光光源111a、111b、111c射出的激光等记载为光束。此外，在本实施方式的投影装置100中，将所述的本实施方式的光学元件10等用作光学元件113a、113b、113c。
激光光源111a例如是射出红色的波长区域的激光的激光光源，从激光光源111a射出的激光被透镜112a调整激光的发散角度，之后被光学元件113a扩散并再被透镜114a调整发散角度，之后经由空间光调制器115a向复用棱镜116入射。在空间光调制器115a中，例如，针对每个像素控制激光的透射、非透射，形成与红色相对应的像。
激光光源111b例如是射出绿色的波长区域的激光的激光光源，从激光光源111b射出的激光被透镜112b调整激光的发散角度，之后被光学元件113b扩散并再被透镜114b调整发散角度，之后经由空间光调制器115b向复用棱镜116入射。在空间光调制器115b中，例如，针对每个像素控制激光的透射、非透射，形成与绿色相对应的像。
激光光源111c例如是射出蓝色的波长区域的激光的激光光源，从激光光源111c射出的激光被透镜112c调整激光的发散角度，之后被光学元件113c扩散并再被透镜114c调整发散角度，之后经由空间光调制器115c向复用棱镜116入射。在空间光调制器115c中，例如，针对每个像素控制激光的透射、非透射，形成与蓝色相对应的像。
在复用棱镜116，从空间光调制器115a射出的激光、从空间光调制器115b射出的激光以及从空间光调制器115c射出的激光入射并在多路复用后射出。这样，从复用棱镜116射出的多路复用后的激光光束经由透镜117向屏幕118投影。
在本实施方式中，作为激光光源111a、111b、111c，能够使用半导体激光器、用于产生第二次高次谐波的固体激光器等各种激光器。此外，激光器可以使用多个。激光光源111a、111b、111c并不限定于激光器本身，作为与激光光源111a、111b、111c相当的部件，也可以是利用光纤等使来自激光光源的光束传播的部件的射出口。
此外，在图10中，针对红、绿、蓝各光束分别使用了激光器，但针对红、绿、蓝中的一者或多者的光源使用激光器即可。光学元件113a、113b、113c不必针对红、绿、蓝全部的光束使用，针对红、绿、蓝光束中的一者以上的光束使用即可。
作为空间光调制器115a、115b、115c，能够使用LCOS(Lyquid crystal onSilicon)、DMD(Digital Mirror Device)。在图10中示出了使用LCOS的例子，DMD是反射型的空间光调制器，因此并不采用图10所示那样的透射型的配置，采用这样的配置即可，即：在复用棱镜116的后段设置DMD，利用透镜117对来自DMD的反射光进行投影。
接着，说明本实施方式的投影装置的另一构造的投影装置。图11是示意性地表示本实施方式的另一构造的投影装置200的图。在该投影装置200中，使用蓝色的激光光源201作为光源，从蓝色的激光光源射出的光束在透射第1光学元件202和分色镜203之后，经由透镜204向荧光轮205照射。第1光学元件202使用所述的本实施方式的光学元件10等。
如图12所示，荧光轮205被分割为光学元件区域205a、绿色荧光体区域205b、红色荧光体区域205c这3个区域。在光学元件区域205a中形成有第2光学元件，绿色荧光体区域205b由发绿色光的荧光体(荧光材料)形成，红色荧光体区域205c由发红色光的荧光体形成。另外，光学元件区域205a的第2光学元件由与光学元件的实施方式的光学元件10同样的构造的光学元件形成。
荧光轮205能够利用马达等旋转驱动部205d驱动旋转，从蓝色的激光光源201射出的激光照射到绿色荧光体区域205b时能够得到绿色光，照射到红色荧光体区域205c时能够得到红色光。另外，从蓝色的激光光源201射出的激光照射到光学元件区域205a时，蓝色光透射光学元件区域205a。因而，通过利用旋转驱动部205d使荧光轮205旋转，荧光轮205能够在不同的时段分别射出蓝色光、绿色光、红色光。在绿色荧光体区域205b和红色荧光体区域205c内产生的荧光发光经由图11中虚线所示的光路、即透射透镜204并在分色镜203处反射而向透镜212入射。在透射透镜212之后，被复用镜211反射而透射透镜213，之后向积分仪214照射。在本实施方式中，也可以代替绿色荧光体区域205b、红色荧光体区域205c而设置由黄色荧光体形成的黄色荧光体区域，或者也可以在设有绿色荧光体区域205b、红色荧光体区域205c的基础上设置由黄色荧光体形成的黄色荧光体区域。
作为氧化物系、硫化物系的荧光体，能够使用发黄色光的YAG系荧光体(Y3Al5O12：Ce，(Y、Gd)3Al5O12：Ce)、TAG系荧光体(Tb3Al5O12：Ce)、根据添加元素的不同而产生各种颜色的荧光发光的硅酸盐系、碱土系的荧光体等。此外，作为氮化物系的荧光体，能够使用因添加元素的不同而产生各种颜色的荧光发光的α赛隆系(SiAlON)、进行绿色的荧光发光的β赛隆系(SiAlON：Eu)、进行红色的荧光发光的CASN(カズン)系(CaAlSi3N3：Eu)。此外，作为氮氧化物系的荧光体，能够使用La氮氧化物(LaAl(Si6－zAl2)N10－zO2：Ce)。
在蓝色光束照射到荧光轮205的光学元件区域205a中的第2光学元件的情况下，被第2光学元件扩散并透射第2光学元件的蓝色光束被透镜206改变发散角。之后，蓝色光束利用镜207反射而透射透镜208，之后利用镜209反射而透射透镜210，之后透射复用镜211并透射透镜213，之后照射于积分仪214。
从积分仪214射出的蓝色、绿色、红色光束在透射透镜215之后，被镜216反射而透射透镜217，在被镜218反射之后照射于空间光调制器219。在空间光调制器219形成像，形成的像经由投影透镜220向外部的未图示的屏幕投影。
在此，第1光学元件202具有使向荧光轮205的荧光体照射的光的强度分布均匀化的功能。荧光轮205的荧光体是使荧光材料与硅树脂等混合而成的，在照射具有高峰值的蓝色光束时，在高峰值的蓝色光所照射的区域会发生硅树脂的劣化等。为了降低这样的劣化，而使用第1光学元件202。这样，通过使用第1光学元件202，不会如通常的扩散板那样出现山型的射出光分布，能够实现礼帽型(日文：トップハット型)的射出光分布，因此光束的峰值降低，能够使强度更大的光束向荧光体照射。此外，荧光轮205的光学元件区域205a的第2光学元件具有使空间上的强度分布均匀化的功能，通过使荧光轮205旋转，能够进一步提高均匀性。
〔实施例〕
接着，说明第1实施方式的实施例。另外，例1～例3是比较例，例4～例12是实施例。并且，例13是比较例，例14是实施例。在此，在例1～例14中，凹部12的周围的介质的折射率n2为1。此外，在各例中示出了扩散角度的半峰全宽(日文：半値全幅)为3°以下的例，但本发明并不限定于此，也能够适用于扩散角度的半峰全宽为3°以上的情况。
(例1)
首先，基于图13说明例1的光学元件。
清洗由折射率为1.53的玻璃形成的基材11，形成50nm的钼膜作为掩模21。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图13的(a)所示的排列在掩模21形成φ1μm的开口部。另外，图13的(a)示出了约1mm见方内的开口部的位置，是以间距50μm且以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式在面内排列开口部的图。在形成开口部之后，通过湿蚀刻进行480μm的蚀刻。因而，凹部12的曲面部24的曲率半径为480μm。加工后的光学元件的平面形状(俯视形状)为图13的(b)那样。图13的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图13的(c)表示对向这样的光学元件入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图13的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换(日文：フーリエ変換)来进行的。如图13的(c)所示，产生基于规则排列的衍射，产生在特定方向上较强的光。图13的(d)是图13的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图13的(c)所示，产生在特定方向上较强的光。此外，在图13的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占75.2％。|(n1－n2)×Δd|/λ的值为0。
(例2)
接着，基于图14以与例1不同的点为中心说明例2的光学元件。
按照图14的(a)所示的排列在掩模21形成φ1μm的开口部。另外，图14的(a)示出了约1mm见方内的开口部的位置，是相对于以间距50μm且以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式在面内排列的开口部而言以间距的25％的值向位置导入不规则性而得到的图。在形成开口部之后，通过湿蚀刻进行480μm的蚀刻。因而，凹部12的曲面部24的曲率半径为480μm。加工后的光学元件的平面形状为图14的(b)那样。图14的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图14的(c)表示对向这样的光学元件入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图14的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图14的(c)所示，产生基于规则排列的衍射，产生在特定方向上较强的光，特别是直行透射的光量较大。图14的(d)是图14的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图14的(c)所示，产生在特定方向上较强的光。此外，在图14的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占69.4％。|(n1－n2)×Δd|/λ的值为0。
(例3)
接着，基于图15以与例1不同的点为中心说明例3的光学元件。
按照图15的(a)所示的排列在掩模21形成φ1μm的开口部。另外，图15的(a)示出了约1mm见方内的开口部的位置，是相对于以间距50μm且以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式在面内排列的开口部而言以间距的50％的值向位置导入不规则性而得到的图。在形成开口部之后，通过湿蚀刻进行480μm的蚀刻。因而，凹部12的曲面部24的曲率半径为480μm。加工后的光学元件的平面形状为图15的(b)那样。图15的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图15的(c)表示对向这样的光学元件入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图15的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图15的(c)所示，特别是直行透射的光量较大。图15的(d)是图15的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图15的(c)所示，产生在直行透射的方向上较强的光。此外，在图15的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占62.9％。|(n1－n2)×Δd|/λ的值为0。
(例4)
接着，基于图16说明例4的光学元件。
清洗由折射率为1.53的玻璃形成的基材11，形成45nm的SiO2膜作为薄膜层25，形成50nm的钼膜作为掩模21。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图16的(a)所示的排列在掩模21形成φ1μm的开口部。另外，图16的(a)示出了约1mm见方内的开口部的位置，是以间距50μm且以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式在面内排列开口部的图。在形成开口部后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，将沉孔部26的深度形成为相对于基准深度而言为0nm或45nm这两个深度值(日文：2値)的值。在形成沉孔部26后，利用SiO2与玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，凹部12的曲面部24的曲率半径为大致480μm，凹部12的底部13的位置的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图16的(b)那样。图16的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图16的(c)表示对向这样的光学元件入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图16的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图16的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图16的(d)是图16的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图16的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。此外，在图16的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则为71.2％。|(n1－n2)×Δd|/λ的值为0.53。
(例5)
接着，基于图17以与例4不同的点为中心说明例5的光学元件。
按照图17的(a)所示的排列在掩模21形成φ1μm的开口部。另外，图17的(a)示出了约1mm见方内的开口部的位置，是相对于以间距50μm且以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式在面内排列的开口部而言以间距的25％的值向位置导入不规则性而得到的图。在形成开口部后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，使沉孔部26的深度相对于基准深度而言为0nm或45nm这两个深度值的值。在形成沉孔部26后，利用SiO2与玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，凹部12的曲面部24的曲率半径为大致480μm，凹部12的底部13的位置的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图17的(b)那样。图17的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图17的(c)表示对向这样的光学元件入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图17的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图17的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图17的(d)是图17的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图17的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。此外，图17的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占67.2％。|(n1－n2)×Δd|/λ的值为0.53。
(例6)
接着，基于图18以与例4不同的点为中心说明例6的光学元件。
按照图18的(a)所示的排列在掩模21形成φ1μm的开口部。另外，图18的(a)示出了约1mm见方内的开口部的位置，是相对于以间距50μm且以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式在面内排列的开口部而言以间距的50％的值向位置导入不规则性而得到的图。在形成开口部后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，使沉孔部26的深度相对于水平深度而言为0nm或45nm这两个深度值的值。在形成沉孔部26后，利用SiO2与玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，凹部12的曲面部24的曲率半径为大致480μm，凹部12的底部13的位置的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图18的(b)那样。图18的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图18的(c)表示对向这样的光学元件入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图18的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图18的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图18的(d)是图18的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图18的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。此外，在图18的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占60.4％。|(n1－n2)×Δd|/λ的值为0.53。
(例7)
接着，基于图19说明例7的光学元件。
清洗由折射率为1.53的玻璃形成的基材11，形成90nm的SiO2膜作为薄膜层25，形成50nm的钼膜作为掩模21。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图19的(a)所示的排列在掩模21形成φ1μm的开口部。另外，图19的(a)示出了约1mm见方内的开口部的位置，是以间距50μm且以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式在面内排列开口部的图。在形成开口部后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，使沉孔部26的深度为8个深度且相对于基准深度而言每层的深度的间隔为11.25nm。在形成沉孔部26后，利用SiO2与玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，凹部12的曲面部24的曲率半径为大致480μm，凹部12的底部13的位置的深度方向上的分布范围为787.5nm。在此，以50％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的8个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图19的(b)那样。图19的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图19的(c)表示对向这样的光学元件入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图19的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图19的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图19的(d)是图19的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图19的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。此外，在图19的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占70.6％。|(n1－n2)×Δd|/λ的值为0.93。
(例8)
接着，基于图20以与例7不同的点为中心说明例8的光学元件。
按照图20的(a)所示的排列在掩模21形成φ1μm的开口部。另外，图20的(a)示出了约1mm见方内的开口部的位置，是相对于以间距50μm且以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式在面内排列的开口部而言以间距的25％的值向位置导入不规则性而得到的图。在形成开口部后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，使沉孔部26的深度为8个深度值的深度且相对于基准深度而言每层的深度的间隔为11.25nm。在形成沉孔部26后，利用SiO2与玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，凹部12的曲面部24的曲率半径为大致480μm，凹部12的底部13的位置的深度方向上的分布范围为787.5nm。在此，以50％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的8个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图20的(b)那样。图20的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图20的(c)表示对向这样的光学元件入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出在图20的(b)的形状的基础上发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图20的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图20的(d)是图20的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图20的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。此外，在图20的(c)中，若角度±1.25°的范围内的光进行累计，则占66.6％。|(n1－n2)×Δd|/λ的值为0.93。
(例9)
接着，基于图21以与例7不同的点为中心说明例9的光学元件。
按照图21的(a)所示的排列在掩模21形成φ1μm的开口部。另外，图21的(a)示出了约1mm见方内的开口部的位置，是相对于以间距50μm且以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式在面内排列的开口部而言以间距的50％的值向位置导入不规则性而得到的图。在形成开口部后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，使沉孔部26的深度为8个深度值的深度且相对于基准深度而言每层的深度的间隔为11.25nm。在形成沉孔部26后，利用SiO2与玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，凹部12的曲面部24的曲率半径为大致480μm，凹部12的底部13的位置的深度方向上的分布范围为787.5nm。在此，以50％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的8个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图21的(b)那样。图21的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图21的(c)表示对向这样的光学元件入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图21的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图21的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图21的(d)是图21的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图21的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。此外，在图21的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占59.5％。|(n1－n2)×Δd|/λ的值为0.93。
(例10)
接着，基于图22说明例10的光学元件。
清洗由折射率为1.53的玻璃形成的基材11，形成24.3nm的SiO2膜作为薄膜层25，形成50nm的钼膜作为掩模21。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图22的(a)所示的排列在掩模21形成φ1μm的开口部。另外，图22的(a)示出了约1mm见方内的开口部的位置，是以间距50μm且以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式在面内排列开口部的图。在形成开口部后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，使沉孔部26的深度相对于基准深度而言为0nm或24.3nm这两个深度值的值。在形成沉孔部26后，利用SiO2与玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，凹部12的曲面部24的曲率半径为大致480μm，凹部12的底部13的位置的深度方向上的分布范围为243nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图22的(b)那样。图22的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图22的(c)表示对向这样的光学元件入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出在图22的(b)的形状的基础上发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图22的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图22的(d)是图22的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图22的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。特别是，平均化前的直行透射的0次光的光量为1.6％，降低至例1的光学元件的0次光的光量的3.2％的一半。此外，在图22的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占73.2％。|(n1－n2)×Δd|/λ的值为0.29。
(例11)
接着，基于图23说明例11的光学元件。
清洗由折射率为1.53的玻璃形成的基材11，形成450nm的SiO2膜作为薄膜层25，形成50nm的钼膜作为掩模21。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图23的(a)所示的排列在掩模21形成φ1μm的开口部。另外，图23的(a)示出了约1mm见方内的开口部的位置，是相对于以间距50μm且以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式在面内排列的开口部以间距的50％的值向位置导入不规则性而得到的图。在形成开口部后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，使沉孔部26的深度为8个深度值的深度且相对于基准深度而言每层的深度的间隔为56.25nm。在形成沉孔部26后，利用SiO2与玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，凹部12的曲面部24的曲率半径为大致480μm，凹部12的底部13的位置的深度方向上的分布范围为3937.5nm。在此，以50％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图23的(b)那样。图23的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图23的(c)表示对向这样的光学元件入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图23的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图23的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图23的(d)是图23的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图23的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。此外，在图23的(d)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占37.8％。在图23的(d)中光量分布的半峰全宽的值为2.9°，是例9的光学元件的光量分布的半峰全宽的值、即2.6°的1.1倍。|(n1－n2)×Δd|/λ的值为4.6。
(例12)
接着，基于图24说明例12的光学元件。
清洗由折射率为1.53的玻璃形成的基材11，形成900nm的SiO2膜作为薄膜层25，形成50nm的钼膜作为掩模21。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图24的(a)所示的排列在掩模21形成φ1μm的开口部。另外，图24的(a)示出了约1mm见方内的开口部的位置，相对于以间距50μm且以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式在面内排列的开口部而言以间距的50％的值向位置导入不规则性而得到的图。在形成开口部后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，使沉孔部26的深度为8个深度值的深度且相对于基准深度而言每层的深度的间隔为112.5nm。在形成沉孔部26后，利用SiO2与玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，凹部12的曲面部24的曲率半径为大致480μm，凹部12的底部13的位置的深度方向上的分布范围为7875nm。在此，以50％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的8个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图24的(b)那样。图24的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图24的(c)表示对向这样的光学元件入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图24的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图24的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图24的(d)是图24的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图24的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。此外，在图24的(d)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占23.6％。在图24的(d)中光量分布的半峰全宽的值为4.7°，是例9的光学元件的光量分布的半峰全宽的值、即2.6°的1.8倍。|(n1－n2)×Δd|/λ的值为9.3。
(例13)
接着，基于图25说明例13的光学元件。
清洗厚度为2mm的折射率为1.52的玻璃，通过光刻、蚀刻加工制作在面内排列有φ3μm的开口的厚度为50nm的含有钼的掩模，该开口以连结最近的开口部彼此而得到的形状为正三角形的方式排列且间距为60μm。接着，利用湿蚀刻液进行蚀刻。测量凹部12的曲面部24的4个点处的曲率半径，得到的平均值为296μm，在测量点处的底部13的位置的深度方向上的分布范围为0.296μm。加工后的光学元件的平面形状为图25的(a)那样。
向这样的光学元件入射波长为633nm的激光，能够得到图25的(b)所示那样的投影图案，能够观察到周期性的衍射图案的样子。
(例14)
接着，基于图26说明例14的光学元件。
清洗厚度为2mm的折射率为1.52的玻璃，通过光刻、蚀刻加工制作配置有φ3μm的开口的厚度为50nm的钼的掩模，该开口以这样的方式配置，即：在第1方向上开口的平均间隔P1为60μm，将与第1方向正交的方向作为第2方向，沿第1方向形成的开口的列的各开口的位置的重心的间隔P2为52μm。另外，各开口位置在第1方向上具有第1方向上的平均间隔的±25％的不规则性，在第2方向上具有第2方向上的平均间隔的±25％的不规则性。接着，利用湿蚀刻液进行蚀刻。测量凹部12的曲面部24的9个点处的曲率半径，得到的平均值为322μm，在测量点处的底部13的位置的深度方向上的分布范围为1.107μm。加工后的光学元件的平面形状为图26的(a)那样。
此外，图27示出了形成已测量了曲率半径的9个点的凹部的多边形的面积按其最小值标准化而得到的面积比与凹部的底部的高度方向上的相对位置。根据图27求得的相关系数为－0.6325。
向这样的光学元件入射波长为633nm的激光，能够得到图26的(b)所示那样的投影图案，未观察到周期性的投影图案的样子。
〔第2实施方式〕
另外，对于一般的照明光学系统，不优选这样的情况，即：不产生均匀的光而是产生在特定方向上较强的光，从而产生强度分布。因此，通过对微透镜阵列导入不规则性，能够在衍射的影响下减少产生在某一方向上较强的光，但在不规则性的导入量较大的情况下，有时预定的范围外的光量增加而导致光的利用效率降低。因而，期望谋求一种维持光的利用效率且不会在特定方向上产生强度较强的光的光学元件。
采用本实施方式能够提供一种维持光的利用效率且不会在特定方向上产生强度较强的光的光学元件。
(光学元件)
基于图28说明第2实施方式的光学元件。另外，图28的(a)是本实施方式的光学元件的俯视图，图28的(b)示意性地表示在图28的(a)中的单点划线28A－28B处剖切而得到的剖视图。
本实施方式的光学元件10为在基材11的表面形成有多个凹部12的构造的元件。另外，在本实施方式的说明中，对在基材11的表面形成有多个凹部12的情况进行说明，但本实施方式的光学元件也可以是在基材11的表面形成有多个凸部的光学元件。
在图28所示的本实施方式的光学元件中，凹部12的最深的部分为底部13，凹部12的底部13的深度方向上的位置并不相同，凹部12的底部13的深度方向上的位置为两个深度值以上的位置，在多个凹部12的底部13中，形成为最深的底部13的深度位置与最浅的底部13的深度位置之差、即底部13的高低差为Δd。
接着，说明底部13的平面位置。在图29的(a)中，底部13的位置由“●”表示。底部13的位置既可以是规则的排列、即按预定的周期排列的，也可以是不规则的排列的。在底部13的位置为不规则的排列的情况下，在将规则的排列的间距设为P时，优选底部13形成为：存在于以呈规则排列的情况下的底部的中心点(呈规则排列的点)为基准、半径为0.25×P的圆的范围内，而且更优选形成为：存在于半径为0.15×P的圆的范围内。通过这样，能够如后述那样使光在预定的角度范围高效地扩散。于在每个预定的方向上规则排列的间距不同的情况下，也可以根据该情况的比率而将底部的分布范围做成椭圆。此外，优选底部分布在由如下垂线包围的区域内，该垂线是规则排列的某一点同与其邻近的点之间的距离的1/4的位置处的垂线，更优选底部分布在由如下垂线包围的区域内，该垂线是规则排列的某一点同与其邻近的点之间的距离的3/20的位置处的垂线。另外，在图29的(a)中，呈规则排列的点的位置由“×”表示。在图29的(a)中，该规则排列是连结呈规则排列的最近的点彼此而得到的形状为三角形那样的排列。在此，垂线是将呈规则排列的点与相邻的呈规则排列的点连结起来的线段的垂线。
此外，也可以以在某一第1方向上的底部的平均间隔为P1的方式排列底部。此时，也可以将与第1方向正交的方向作为第2方向而以沿第1方向形成的底部的列的、各底部的位置的重心的间隔为P2的方式配置。这样的排列不是基于规则的排列进行的，因此能够降低规则排列的周期性的影响。图30示出了这样的排列的例子。在图30中，底部的位置由“●”表示。在图30中，沿第1方向配置有多个底部的列，该多个底部的列中的一部分底部的列的在第2方向上的重心位置由虚线51a、虚线51b、虚线51c、虚线51d表示。在重心位置为虚线51a的底部的列中，在第1方向上的底部的间隔分别为P11、P12、…、P17，它们的平均值为P1。此外，以在第2方向上的重心位置、即虚线51a、虚线51b、虚线51c、虚线51d彼此之间的间隔分别为P2的方式使各底部的列中的底部的位置在第2方向上呈不规则状。在图30中，以这样的方式配置，即：自附图的下方起为奇数列的底部的列的左端的底部的在第1方向上的重心位置(虚线53)与自附图的下方起为偶数列的底部52的列的左端的底部的在第1方向上的重心位置(虚线54)之间的间隔为P1/2，满足30.5/2×P1＝P2。优选底部的列中的底部的在第1方向上的间隔为(1±0.25)P1，更优选为(1±0.15)P1。此外，相对于底部的列的在第2方向的重心位置而言，优选该底部的列中的底部的位置为重心位置±0.25P2，更优选为重心位置±0.15P2。
此外，在底部的排列具有不规则性的情况下，也可以包括在区域内的局部范围内底部的排列呈点对称或线对称的配置。通过这样，在某一方向的正方向和负方向上不易出现非对称性。
另外，在图29的(a)中，示出了底部“●”分布在呈三角的规则排列的点的位置“×”的间距的3/20内的区域的情况。光学元件10具有多个区域，在图29的(a)所示的情况下，分为区域15a、区域15b、区域15c、区域15d共4个区域。各区域15a、15b、15c、15d具有基准排列，点的位置由“×”表示。
例如，最接近点的位置“×”的排列方向形成为：在区域15a以倾斜0°的方式排列，在区域15b以倾斜15°的方式排列，在区域15c以倾斜30°的方式排列，在区域15d以倾斜45°的方式排列。
最接近点的位置“×”的排列方向例如在仅为0°这一个方向的情况下，如后述那样，正交方向上的射出光的射出角度成为不同的值。然而，在光学元件上设有多个区域，在各区域中，最接近点的位置“×”的排列方向在每个区域改变，从而能够缓解正交方向上的射出光的射出角度的不同，能够使射出光的强度分布不偏向特定的方向。
因此，在本实施方式的光学元件中，具有至少两个区域，在这些区域中，最接近点的位置“×”的排列方向不同。因此，某个规则排列的排列方向可以是以某点为中心旋转的方向。此外，在各区域中，也可以例如像三角排列和正方排列这样排列方法彼此不同。对于基准排列，也可以是排列的点为长方形的情况。
图29的(b)表示在图29的(a)中的将构造体12a和构造体12b的底部连接起来的单点划线29A－29B处进行剖切而得到的剖视图。
如图29的(b)所示，凹部12a的底部13a与凹部12b的底部13b在深度方向上的位置不同，在形成凹部12a的面与形成凹部12b的面具有相同曲率的情况下，凹部12a与凹部12b之间的边界点14a不位于底部13a与底部13b之间的二等分线上。另外，相邻的底部在深度方向上的位置一致的情况由虚线表示，在该情况下，边界点14b位于底部13a与底部13b1之间的二等分线上。
通常，在通过对玻璃等基材进行湿蚀刻而形成凹部的情况下，相邻的凹部的表面的曲率为同程度。因此，在凹部的底部的在深度方向上的位置差异较大时，边界点14a的位置自位于二等分线上的位置较大地偏离。
另外，在凹部在边界点14b的位置处相邻的情况下，相邻的凹部的表面的倾斜角度相同，能够使凹部的在边界点14b处的倾斜角度为预定的扩散角度，能够使光高效地在预定的扩散角度范围内扩散。另一方面，在凹部在边界点14a的位置处相邻的情况下，相邻的凹部的表面的倾斜角度不同，相对于预定的扩散角度而言，一个凹部的倾斜角度较小，另一凹部的倾斜角度较大。在该情况下，光扩散到预定的扩散角度范围外的量增加。
此外，本实施方式的光学元件能够采用与第1实施方式同样的光学元件的制造方法制造。在使用这样的制造方法的情况下，如图29的(b)所示，底部13b的位置越深，点14a的位置越远离点14b。因而，图29的(a)这样的俯视图中的各凹部12所占有的多边形的面积与底部13的深度存在相关性。因而，作为判断所制成的元件与设计之间的差异的指标，能够使用凹部12所占有的多边形的面积与底部13的深度之间的相关性。在此，优选将光学元件加工为在计算凹部12所占有的多边形的面积与底部13的深度之间的相关系数时相关系数的绝对值为0.2以上，进一步优选将光学元件加工为相关系数的绝对值为0.4以上。图31的(a)是观察使用钼以平均间距、开口分别为60μm、φ3μm的方式形成掩模21之后进行湿蚀刻而成的光学元件的表面而得到的图。对于凹部的多边形所占有的面积与高度方向上的底部的位置，测量了9处，并以凹部的多边形所占有的面积的最小值标准化的面积比与高度方向上的位置的测量结果如图31的(b)所示。在图31的(b)中，面积比与高度方向上的位置表现出负的相关性，若计算相关系数，则得出为－0.64。
〔实施例〕
接着，说明第2实施方式的实施例。另外，例15～例18、例25、例26是比较例，例19～例24、例27、例28是实施例。
(例15)
首先，基于图32说明例15的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成50nm的钼膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图32的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图32的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，是以间距为50μm且以开口位置为正三角形的方式在面内排列开口的图。在形成开口的图案后，通过湿蚀刻进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为480μm。加工后的光学元件的平面形状为图32的(b)那样。图32的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图32的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图32的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图32的(c)所示，产生基于规则排列的衍射，产生在特定方向上较强的光。图32的(d)是图32的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。此外，在图32的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占75.2％。
(例16)
接着，基于图33说明例16的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成45nm的SiO2的膜作为薄膜层，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图33的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图33的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，是以间距为50μm且以开口位置为正三角形的方式在面内排列开口的图。在形成开口的图案之后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，开口部的深度相对于基准深度而言为0nm或45nm这两个深度值的值。开口图案化后，利用SiO2和玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为大致480μm，构造体的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图33的(b)那样。图33的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图33的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图33的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图33的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低，但是产生基于规则排列的排列的强度分布。图33的(d)是图33的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21°的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如从图33的(d)可以看出的那样，在水平方向上与铅垂方向上射出角度不同。此外，在图33的(c)中，对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占71.2％。
(例17)
接着，基于图34说明例17的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成90nm的SiO2的膜作为薄膜层，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图34的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图34的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，是以间距为50μm且以开口位置为正三角形的方式在面内排列开口的图。在形成开口的图案之后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，使开口部的深度为8个深度值的深度且相对于基准深度而言每层的深度的间隔为11.25nm。在形成开口的图案后，利用SiO2和玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为大致480μm，构造体的深度方向上的分布范围为900nm。在此，以50％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的8个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图34的(b)那样。图34的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图34的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图34的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图34的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低，但是产生基于规则排列的排列的强度分布。图34的(d)是图34的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21度的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如从图34的(d)可以看出的那样，在水平方向上与铅垂方向上射出角度不同。此外，在图34的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占70.6％。
(例18)
接着，基于图35说明例18的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成45nm的SiO2的膜作为薄膜层，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图35的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。其中，图35的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，相对于以间距为50μm且以开口位置为正三角形的方式在面内排列的开口的图案而言以间距的10％的值向位置导入不规则性而得到的图。在形成开口的图案之后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，开口部的深度相对于基准深度而言为0nm或45nm这两个深度值的值。在形成开口的图案后，利用SiO2和玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为大致480μm，构造体的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图35的(b)那样。图35的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图35的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图35的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图35的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低，但是产生基于规则排列的排列的强度分布。图35的(d)是图35的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21度的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如从图35的(d)可以看出的那样，在水平方向上和铅垂方向上射出角度不同。此外，在图35的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占71.3％。
(例19)
接着，基于图36说明例19的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图36的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图36的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，是以在4个区域内间距为50μm且开口位置为正三角形、配置的方向在4个区域内为0°、15°、30°、45°的方式在面内排列开口的图。在形成开口的图案后，通过湿蚀刻进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为480μm。加工后的光学元件的平面形状为图36的(b)那样。图36的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图36的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图36的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图36的(c)所示，没有产生在特定的方向上较强的光。图36的(d)是图36的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21度的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如图36的(d)所示，在水平方向上和铅垂方向上射出角度为同程度。此外，在图36的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占75.4％。
(例20)
接着，基于图37说明例20的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成45nm的SiO2的膜作为薄膜层，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图37的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图37的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，是以在4个区域内间距为50μm且开口位置为正三角形、配置的方向在4个区域内为0°、15°、30°、45°的方式在面内排列开口的图。在形成开口的图案之后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，开口部的深度相对于基准深度而言为0nm或45nm这两个深度值的值。在形成开口的图案后，利用SiO2和玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为大致480μm，构造体的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图37的(b)那样。图37的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图37的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图37的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图37的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图37的(d)是图37的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21度的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如从图37的(d)可以看出的那样，在水平方向上和铅垂方向上射出角度为同程度。此外，在图37的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占69.8％。
(例21)
接着，基于图38说明例21的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成90nm的SiO2的膜作为薄膜层，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图38的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图38的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，是以在4个区域内间距为50μm且开口位置为正三角形、配置的方向在4个区域内为0°、15°、30°、45°的方式在面内排列开口的图。在形成开口的图案之后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，开口部的深度为8个深度值的深度且相对于基准深度而言每层的深度的间隔为11.25nm。在形成开口的图案后，利用SiO2和玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为大致480μm，构造体的深度方向上的分布范围为900nm。在此，以50％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的8个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图38的(b)那样。图38的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图38的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图38的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图38的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图38的(d)是图38的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21度的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如从图38的(d)可以看出的那样，在水平方向上和铅垂方向上射出角度为同程度。并且，在图38的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占69.5％。
(例22)
接着，基于图39说明例22的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成45nm的SiO2的膜作为薄膜层，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图39的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图39的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，是相对于在4个区域内间距为50μm且开口位置为正三角形的基本排列导入了10％的不规则性且以基本配置的方向在4个区域内为0°、15°、30°、45°的方式在面内排列开口的图。在形成开口的图案之后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，开口部的深度相对于基准深度而言为0nm或45nm这两个深度值的值。在形成开口的图案后，利用SiO2和玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为大致480μm，构造体的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图39的(b)那样。图39的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图39的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图39的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图39的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图39的(d)是图39的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21度的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如从图39的(d)可以看出的那样，在水平方向上和铅垂方向上射出角度为同程度。此外，在图39的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占69.5％。
(例23)
接着，基于图40说明例23的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成45nm的SiO2的膜作为薄膜层，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图40的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图40的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，是相对于在4个区域内间距为50μm且开口位置为正三角形这样的基本排列导入了20％的不规则性而得到的图，是以基本配置的方向在4个区域内为0°、15°、30°、45°的方式在面内排列开口的图。在形成开口的图案之后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，开口部的深度相对于基准深度而言为0nm或45nm这两个深度值的值。在形成开口的图案后，利用SiO2和玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为大致480μm，构造体的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图40的(b)那样。图40的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图40的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图40的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图40的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图40的(d)是图40的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21度的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如从图40的(d)可以看出的那样，在水平方向上和铅垂方向上射出角度为同程度。此外，在图40的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占65.8％。
(例24)
接着，基于图41说明例24的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成45nm的SiO2的膜作为薄膜层，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图41的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图41的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，是相对于在4个区域内间距为50μm且开口位置为正三角形这样的基本排列导入了25％的不规则性的图，是以基本配置的方向在4个区域内为0°、15°、30°、45°的方式在面内排列开口的图。在形成开口的图案之后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，开口部的深度相对于基准深度而言为0nm或45nm这两个深度值的值。在形成开口的图案后，利用SiO2和玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为大致480μm，构造体的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图41的(b)那样。图41的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图41的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图41的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图41的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图41的(d)是图41的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21度的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如从图41的(d)可以看出的那样，在水平方向上和铅垂方向上射出角度为同程度。此外，在图41的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占63.3％。
(例25)
接着，基于图42说明例25的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成45nm的SiO2的膜作为薄膜层，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图42的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图42的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，是相对于在4个区域内间距为50μm且开口位置为正三角形这样的基本排列导入了50％的不规则性而得到的图，是以基本配置的方向在4个区域内为0°、15°、30°、45°的方式在面内排列开口的图。在形成开口的图案之后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，开口部的深度相对于基准深度而言为0nm或45nm这两个深度值的值。在形成开口的图案后，利用SiO2和玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为大致480μm，构造体的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图42的(b)那样。图42的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图42的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图42的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图42的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图42的(d)是图42的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21度的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如从图42的(d)可以看出的那样，在水平方向上和铅垂方向上射出角度为同程度，在图42的(c)中，若对角度±1.25°的范围内的光进行估算，则占51.5％。
在例22～例25中，图43的(a)～图43的(d)分别表示将图39的(a)、图40的(a)、图41的(a)、图42的(a)的开口部的配置被分割成的四份中的左下区域中的某一点的最邻近点的方向以直方图表示的图。在此，最邻近点是指与某一点最接近的点，在图表中将相差180°的方向作为同一方向而做成了直方图。在相对于规则排列而言具有10％的不规则性的例22中，如图43的(a)所示，最邻近点的方向存在3个方向。同样地，在相对于规则排列而言具有20％的不规则性的例23中，如图43的(b)所示，在－35°、45°、90°附近可以看到触底构造(日文：ボトム構造)，可知最邻近点的方向存在3个方向。同样地，在相对于规则排列而言具有25％的不规则性的例24中，如图43的(c)所示，在－40°、35°、90°附近可以看到触底构造，可知最邻近点的方向存在3个方向。在相对于规则排列而言具有50％的不规则性的例25中，如图43的(d)所示，最邻近点偏向特定的方向。
在上述内容中，通过触底构造的存在确定了最邻近点的偏向的方向，在0°～360°的范围内点呈三角形排列的情况下最邻近点偏向6个方向，在呈四边形的情况下最邻近点偏向4个方向，在呈六边形的情况下最邻近点偏向3个方向，因此也可以假定这些值，判断是否具有那样的偏向。
此外，不规则性的值越大，包含在±1.25°的范围内的光的光量越低。
(例26)
接着，基于图44说明例26的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成45nm的SiO2的膜作为薄膜层，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图44的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图44的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，在4个区域内间距为50μm且开口位置为正方形。在形成开口的图案之后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，开口部的深度相对于基准深度而言为0nm或45nm这两个深度值的值。在形成开口的图案后，利用SiO2和玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为大致480μm，构造体的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向上的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图44的(b)那样。图44的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图44的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图44的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图44的(c)所示，在水平方向上与45°方向上或者在铅垂方向上与45°方向上射出的光的强度不同。图44的(d)是图44的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21度的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如从图44的(d)可以看出的那样，在水平方向上与45°方向上或者在铅垂方向上与45°方向上射出角度不同。
(例27)
接着，基于图45说明例27的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成45nm的SiO2的膜作为薄膜层，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图45的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图45的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，是以在4个区域内间距为50μm且开口位置为正方形、基本配置的方向在4个区域内为0°、22.5°、45°、67.5°的方式在面内排列开口的图。在形成开口的图案之后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，开口部的深度相对于基准深度而言为0nm或45nm这两个深度值的值。在形成开口的图案后，利用SiO2和玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为大致480μm，构造体的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图45的(b)那样。图45的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图45的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图45的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图45的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图45的(d)是图45的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21度的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如从图45的(d)可以看出的那样，在水平方向上与45°方向上或者在铅垂方向上与45°方向上射出角度为同程度。
(例28)
接着，基于图46说明例28的光学元件。
清洗折射率为1.53的玻璃基材，形成45nm的SiO2的膜作为薄膜层，形成50nm的钼的膜作为掩模。在形成钼膜后，涂布抗蚀剂，通过光刻、蚀刻加工按照图46的(a)所示的排列在掩模形成φ1μm的开口的图案。另外，图46的(a)示出了约1mm见方内的开口的位置，是以在两个区域内间距为50μm且开口位置为正方形、基本配置的方向在这两个区域内为0°、45°的方式在面内排列开口且以在另两个区域内间距为50μm且开口位置为正三角形、基本配置的方向在这另两个区域内为0°、30°的方式在面内排列开口的图。在形成开口的图案之后，通过光刻和蚀刻使SiO2图案化，开口部的深度相对于基准深度而言为0nm或45nm这两个深度值的值。在形成开口的图案后，利用SiO2和玻璃基材的蚀刻速率比被调整为10的湿蚀刻液进行480μm的蚀刻。因而，构造体的曲面部的曲率半径为大致480μm，构造体的深度方向上的分布范围为450nm。在此，以75％以上的底部13不配置在底部13的位置的深度方向上的分布范围的两个深度值中的某一水平的方式将各底部13的深度方向的位置配置为不规则。加工后的光学元件的平面形状为图46的(b)那样。图46的(b)利用黑白的浓淡程度表示深度，以随着变深而变黑的方式表示。
图46的(c)表示对向这样的构造体入射波长为450nm的光的情况下的光的射出光分布进行计算而得到的图。计算是通过求出由于图46的(b)的形状而发生的相位差的傅立叶变换来进行的。如图46的(c)所示，衍射的影响降低，向特定方向射出的光的强度降低。图46的(d)是图46的(c)的射出光分布中的水平方向上的强度按照每0.21度的角度平均化并按照角度图表化而得到的图。如从图46的(d)可以看出的那样，在水平方向上与45°方向上或者在铅垂方向上与45°方向上射出角度为同程度。
另外，所述以外的内容与第1实施方式相同。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是所述内容不是用于限定发明的内容。本发明的光学元件不限于应用于投影装置，也能够应用于三维测量装置等各种装置。此外，也能够用作照明用的扩散板、摄像机的取景器内的聚焦板、投影装置的屏幕等用于控制扩散状态的光学元件。
〔第3实施方式〕
在像激光器这样将可相干性高的光向微透镜阵列照射的情况下，有时由于微透镜阵列的周期性而发生衍射。这样，发生衍射时，发生射出光离散开、射出光的强度的均匀性低这样的问题。若发生这样的问题，则在使用了微透镜阵列的投影装置中，有时在投影的图像上出现明亮度、颜色等的不均匀，无法得到高品质的图像。
因此，对于将激光器用作光源且使用了微透镜阵列的投影装置，谋求明亮度、颜色等不会出现不均匀的投影装置。
对于将激光器用作光源且使用了微透镜阵列的投影装置，采用本实施方式，能够得到亮度、颜色等不会出现不均匀的投影装置。
(投影装置)
图47示意性地表示第3实施方式的投影装置510。投影装置510具有：激光光源511a、511b、511c；透镜512a、512b、512c；微透镜阵列513a、513b、513c；透镜514a、514b、514c；空间光调制器515a、515b、515c；复用棱镜516；以及透镜517。另外，在本实施方式中，有时将从激光光源511a、511b、511c射出的激光等记载为光束。
激光光源511a例如是射出红色的波长区域的激光的激光光源，从激光光源511a射出的激光被透镜512a调整激光的发散角度，之后被微透镜阵列513a扩散，再被透镜514a调整发散角度，之后经由空间光调制器515a向复用棱镜516入射。在空间光调制器515a中，例如，针对每个像素控制激光的透射、非透射，形成与红色相应的像。
激光光源511b例如是射出绿色的波长区域的激光的激光光源，从激光光源511b射出的激光被透镜512b调整激光的发散角度，之后被微透镜阵列513b扩散，再被透镜514b调整发散角度，之后经由空间光调制器515b向复用棱镜516入射。在空间光调制器515b中，例如，针对每个像素控制激光的透射、非透射，形成与绿色相应的像。
激光光源511c例如是射出蓝色的波长区域的激光的激光光源，从激光光源511c射出的激光被透镜512c调整激光的发散角度，之后被微透镜阵列513c扩散，再被透镜514c调整发散角度，之后经由空间光调制器515c向复用棱镜516入射。在空间光调制器515c中，例如，针对每个像素控制激光的透射、非透射，形成与蓝色相应的像。
在复用棱镜516，从空间光调制器515a射出的激光、从空间光调制器515b射出的激光、从空间光调制器515c射出的激光入射并在多路复用后射出。这样，从复用棱镜516射出的多路复用后的激光光束经由透镜517向屏幕518投影。
在本实施方式中，作为激光光源511a、511b、511c，能够使用半导体激光器、用于产生第二次高次谐波的固体激光器等各种激光器。此外，激光器可以使用多个。激光光源511a、511b、511c不限于激光器本身，作为与激光光源511a、511b、511c相当的构件，也可以是利用光纤等使来自激光光源的光束传播的部件的射出口。此外，在图47中，针对红、绿、蓝各光束分别使用了激光器，但针对红、绿、蓝中的一者或多者的光源使用激光器即可。微透镜阵列513a、513b、513c不必针对红、绿、蓝全部的光束使用，针对红、绿、蓝的光束中的一者以上的光束使用即可。
作为空间光调制器515a、515b、515c，能够使用LCOS(Lyquid crystal onSilicon)、DMD(Digital Mirror Device)。在图47中示出了使用LCOS的例子，DMD是反射型的空间光调制器，因此不能采用图47所示那样的透射型的配置，采用这样的配置即可，即：在复用棱镜516的后段设置DMD，利用透镜517对来自DMD的反射光进行投影。
(微透镜阵列)
接着，基于图48对微透镜阵列513a、513b、513c的发散角度进行说明。如图48所示，在微透镜阵列513a、513b、513c中，在透明基材521的表面形成有作为微透镜的多个透镜部522。另外，在本实施方式中，有时将微透镜阵列513a、513b、513c统称为微透镜阵列513而进行记载。透明基材521与透镜部522可以由相同材料形成，也可以由不同材料形成。
微透镜阵列513的透镜部522形成为球面或者非球面的形状，从透镜部522的顶点起测量的光轴方向上的位移量、即下沉值(日文：サグ値)z能够利用式1所示的式子表示。在式1所示的式子中，r是从透镜部522的顶点测量的半径，c是透镜部522的曲率半径R的倒数，k是圆锥系数，αi(i是自然数)是非球面系数。尤其是透镜部522的形状是球面的情况下，k＝0，αi＝0，能够利用式2所示的式子表示。
[式1]
z = cr 2 1 + 1 - ( 1 + k ) c 2 r 2 + Σ i α i r 2 i
[式2]
z = R - R 2 - r 2
在式1所示的式子中，透镜部522的半径r处的透镜部522的倾斜角β(r)如式3所示的式子所示，在透镜部522的形状为球面的情况下，如式4所示的式子所示。
[式3]
β ( r ) = a r c t a n ( c r 1 - ( 1 + k ) c 2 r 2 + Σ i 2 α i r 2 i - 1 )
[式4]
β ( r ) = arctan ( r R 2 - r 2 )
在对微透镜阵列513a的透镜部522沿光轴方向射入光的情况下，光从光轴向β－γ的方向折射。设透镜部522的形成材料的折射率为n，则角度γ满足sinβ＝n×sinγ。接着，光在透明基材521的背面发生折射，从光轴向角度δ的方向射出。角度δ满足n×sin(β－γ)＝sinδ。透镜部522的透镜端部的半径r0处的倾斜角度β(r0)为透镜部522的倾斜角中最大时，微透镜阵列513的扩散角度能够利用δ(r0)表示，能够使用β利用式5所示的式子表示。微透镜阵列513的扩散角度δ(r0)较大时，为了能获取已发生扩散的光束，光学零件有时会变大，所以优选δ(r0)为10°以下。
[式5]
δ ( r 0 ) = a r c s i n ( s i n β ( r 0 ) n 2 - sin 2 β ( r 0 ) - c o s β ( r 0 ) s i n β ( r 0 ) )
接着，基于图49和图50说明微透镜阵列513的衍射作用。将微透镜阵列513的彼此相邻的透镜部522的顶点的距离称为透镜间隔P，考虑波长λ的光入射的情况。如图49的(a)所示，被透镜部522扩散后的入射光531扩散到角度δ(r0)的范围，由于微透镜阵列513的周期性而发生衍射，射出光的射出角度具有离散的值。此时，m次的衍射光的射出角度ξ(m)满足sinξ＝mλ/P。图49的(a)表示出现0次光532、1次光533、-1次光534的情况。该情况下，如图49的(b)所示，投影面560的光的强度分布的均匀性下降。
另一方面，如图50的(a)所示，若使入射光541向微透镜阵列513入射，则于在角度δ(r0)内出现多个衍射光542的情况下，如图50的(b)所示，投影到投影面560的光均匀，不易产生光的强度分布的均匀性下降的情况。另外，衍射光542包含高次的衍射光。因此，优选角度δ(r0)内的某一方向所包含的衍射光的最大的次数为2以上(sinδ(r0)＞2λ/P)，更优选次数为5以上(sinδ(r0)＞5λ/P)，进一步优选次数为10以上(sinδ(r0)＞10λ/P)。
此外，虽然通过增大透镜间隔P，能够满足所述关系式，但是为了使入射光541的强度分布均匀化，要求微透镜阵列513的大小相对于入射光541的光斑的直径D而言较小。因而，透镜间隔P优选为满足P＜D/3，更优选为满足P＜D/5，进一步优选为满足P＜D/10。
以上，说明了入射光541为平行光的情况，但是若入射光为发散光，则射出的光束会扩散，因此能够使衍射导致的离散的分布平坦化，所以优选这种情况。图51表示这样的入射光为发散光的情况。入射光551具有扩张角η，因此衍射光552也以扩张角η向投影面560投影。因而，该情况下，在如图49那样入射平行光的情况下产生的衍射光间，不会产生强度的触底构造，能够均匀地对投影面560照射光。此时，若扩张角η满足sinη＞λ/2P，则能够填埋相邻的次数的衍射光之间的空间，因此优选，更优选sinη＞λ/P。
此外，在上述中，以发散光为入射光进行了说明，但是在聚光位置位于比投影面靠前方的位置这样的情况下，入射光即使为会聚光(日文：収束光)也能够在投影面上获得同样的效果。通常强度分布均匀化的光以空间光调制器为投影面进行投影，但是若会聚光的聚光位置接近空间光调制器，则入射光具有扩张角η，由此产生的强度均匀化的效果降低。因而，在使用会聚光的情况下，优选聚光位置位于比微透镜阵列513与空间光调制器之间的距离的一半靠微透镜阵列513侧的位置。以下，具有扩张角η的光是指发散光或者会聚光。
接着，基于图52和图54说明本实施方式的微透镜阵列513的各种构造。
图52的(a)表示微透镜阵列513的透镜部522呈锯齿状配置、各透镜部522的边界独立的情况的例子。另外，图52的(b)是在图52的(a)的单点划线52A－52B处剖切而得到的剖视图。
图53的(a)表示微透镜阵列513的透镜部522呈锯齿状配置、透镜部522的边界共有的情况的例子。另外，图53的(b)是在图53的(a)的单点划线53A－53B处剖切而得到的剖视图。
图54的(a)是微透镜阵列513的透镜部522呈正方配置、透镜部522的边界共有的情况的例子。另外，图54的(b)是在图54的(a)的单点划线54A－54B处剖切而得到的剖视图。
微透镜阵列513的各透镜部522的配置不限于图52～图54所示的例子，能够使用各种形状，不限于凸透镜，也可以是凹透镜等形状。
此外，如本实施方式的投影装置这样，在光源使用激光光源511a、511b、511c的情况下，有时因散射而发生斑点噪声，因此，优选微透镜阵列513的表面的表面粗糙度较小，以Ra表示优选为100nm以下，进一步优选为10nm以下。此外，为了降低斑点噪声，也可以使微透镜阵列513旋转等经时位移。在驱动微透镜阵列513旋转的情况下，优选微透镜阵列513的外形形成为圆盘状。
此外，在光源的功率较大、对微透镜阵列513照射10W以上的光束的情况下，有时导致局部温度变高，微透镜阵列513出现较大的温度分布，发生破损。考虑到这样的情况时，微透镜阵列513的材料优选使用玻璃(含氧化硅的玻璃)。尤其是，碱成分的含量较少的玻璃的热线膨胀系数小，因此优选使用低碱玻璃、无碱玻璃。对于这样的玻璃，能够使用派热克斯(パイレックス，注册商标)玻璃(热线膨胀系数：3.3×10－6K－1)、TEMPAX Float(热线膨胀系数：3.3×10－6K－1)等耐热玻璃、AN100(热线膨胀系数：3.8×10－6K－1)、EAGLE－XG(热线膨胀系数：3.2×10－6K－1)等液晶基板用玻璃、石英玻璃(热线膨胀系数：5.5×10－7K－1)等。这些玻璃具有比钠钙玻璃(热线膨胀系数：8.5～9.0×10－6K－1)小的热线膨胀系数，在出现较大的温度分布时也不易产生应力，不易破损。优选热线膨胀系数为8.5×10－6K－1以下，进一步优选为5.0×10－6K－1以下。
此外，对于微透镜阵列513的形成材料，以摩尔％表示实质上包含SiO2：65～70％、Al2O3：9～16％、B2O3：6～12％、MgO：0～6％、CaO：0～7％、SrO：1～9％、MgO+CaO+SrO：7～18％，也可以是实质上不含有BaO的无碱玻璃，密度小于2.6g/cc，应变点为640℃以上。
另外，必要的耐热性也取决于向微透镜阵列513照射的能量密度。例如，将10W的具有礼帽型的光量分布的光束向20mm见方的区域内照射的情况下，成为25mW/mm2的能量密度。考虑到激光光源的指向性较高这一点以及从激光光源射出的光束的光量分布通常为高斯分布、能量密度的峰值较高这一点，在向微透镜阵列513照射的能量密度为25mW/mm2以上的情况下，优选使用满足所述这样的热膨胀率的材料。在能量密度为75mW/mm2以上的情况、能量密度为125mW/mm2以上这样的情况下，更优选使用满足所述这样的热膨胀率的材料。
微透镜阵列513的透镜部的加工方法能够采用基于注塑成形、冲压成形、压印法、切削加工、干蚀刻、湿蚀刻的加工方法，在光源的功率较大的情况下材料要求耐热性，因此优选采用玻璃的冲压成形、干蚀刻、湿蚀刻。尤其是玻璃的冲压成形中，在对成形模具进行切削加工时有时留有切削痕，会导致表面的粗糙度变大，因此更优选采用干蚀刻、湿蚀刻。在采用干蚀刻的情况下，通过一次光刻使抗蚀剂图案化，之后，利用通过对抗蚀剂加热而使抗蚀剂软化的回流技术将抗蚀剂形状形成为球面状。之后，也可以通过进行干蚀刻，将透镜部522形成为球面状。此外，也可以采用下述方法等来形成：通过调整对抗蚀剂的曝光量将抗蚀剂形成为球面状，之后，通过进行干蚀刻，将透镜部522形成为球面状。
〔第4实施方式〕
接着，对第4实施方式进行说明。图55示意性地表示本实施方式的投影装置600。在投影装置600中，使用蓝色的激光光源601作为光源，从蓝色的激光光源射出的光束在透射第1微透镜阵列602和分色镜603之后，经由透镜604向荧光轮605照射。第1微透镜阵列602由与第3实施方式的微透镜阵列513同样的构造的微透镜阵列形成。
如图56所示，荧光轮605被分割为微透镜阵列区域605a、绿色荧光体区域605b、红色荧光体区域605c这三个区域。在微透镜阵列区域605a形成有第2微透镜阵列，绿色荧光体区域605b由发绿色光的荧光体(荧光材料)形成，红色荧光体区域605c由发红色光的荧光体形成。另外，微透镜阵列区域605a中的第2微透镜阵列由与第3实施方式的微透镜阵列513同样的构造的微透镜阵列形成。
荧光轮605能够利用马达等旋转驱动部605d驱动旋转，从蓝色的激光光源601射出的激光照射到绿色荧光体区域605b时能够得到绿色光，照射到红色荧光体区域605c时能够得到红色光。另外，从蓝色的激光光源601射出的激光照射到微透镜阵列区域605a时，蓝色光透射微透镜阵列区域605a。因而，通过利用旋转驱动部605d使荧光轮605旋转，荧光轮605能够在不同的时段分别射出蓝色光、绿色光、红色光。在绿色荧光体区域605b和红色荧光体区域605c产生的荧光发光经由图55中虚线所示的光路，到达透镜612。在透射透镜612之后，被复用镜611反射而透射透镜613，之后向积分仪614照射。在本实施方式中，也可以替代绿色荧光体区域605b、红色荧光体区域605c而设置由黄色荧光体形成的黄色荧光体区域，或者也可以在设有绿色荧光体区域605b、红色荧光体区域605c的基础上设置由黄色荧光体形成的黄色荧光体区域。
作为氧化物系、硫化物系的荧光体，能够使用发黄色光的YAG系荧光体(Y3Al5O12：Ce，(Y、Gd)3Al5O12：Ce)、TAG系荧光体(Tb3Al5O12：Ce)、根据添加元素的不同而产生各种颜色的荧光发光的硅酸盐系、碱土系的荧光体等。此外，作为氮化物系的荧光体，能够使用因添加元素的不同而产生各种颜色的荧光发光的α赛隆系(SiAlON)、进行绿色的荧光发光的β赛隆系(SiAlON：Eu)、进行红色的荧光发光的CASN系(CaAlSi3N3：Eu)。此外，作为氮氧化物系的荧光体，能够使用La氮氧化物(LaAl(Si6－zAl2)N10－zO2：Ce)。
在向荧光轮605的微透镜阵列区域605a中的第2微透镜阵列照射蓝色光束的情况下，被第2微透镜阵列扩散并透射第2微透镜阵列的蓝色光束被透镜606改变发散角。之后，蓝色光束在透射镜607、透镜608、镜609、透镜610之后，透射复用镜611，透射透镜613，之后，向积分仪614照射。
从积分仪614射出的蓝色、绿色、红色光束在透射透镜615之后，被镜616反射，经由透镜617及镜618之后，向空间光调制器619照射。在空间光调制器619形成像，形成的像经由投影透镜620向外部的屏幕630投影。
在此，第1微透镜阵列602具有使向荧光轮605上的荧光体照射的光的强度分布均匀化的功能。荧光体是使荧光材料与硅树脂等混合而成的，在照射具有高峰值的蓝色光束时，在高峰值的蓝色光所照射的区域会发生硅树脂的劣化等。为了降低这样的劣化，而使用了第1微透镜阵列602。这样，通过使用第1微透镜阵列602，不会如通常的扩散板那样出现山型的射出光分布，能够实现礼帽型的射出光分布，因此光束的峰值降低，能够将强度较大的光束向荧光体照射。此外，荧光轮605的微透镜阵列区域605a中的第2微透镜阵列具有使空间上的强度分布均匀化的功能，通过使其旋转，能够进一步提高均匀性。
对于第1微透镜阵列及第2微透镜阵列，虽然由于照射来自蓝色的激光光源601的光束而会发生光的衍射，但是通过将微透镜阵列的形状设计为与第3实施方式一样，能够减小对它们的影响。
〔第5实施方式〕
接着，对第5实施方式进行说明。在本实施方式中，如图57所示，微透镜阵列713中的彼此相邻的透镜部722是由透镜部722的开口大小、曲率半径、透镜间隔中的一者或者两者以上彼此不同的透镜部形成的。另外，微透镜阵列713包括由透镜部722形成的多个微透镜。
这样，在第5实施方式中，在微透镜阵列713中对透镜部522的配置导入不规则性，从而能够降低衍射作用。图57的(a)及图57的(b)示意性地表示本实施方式的微透镜阵列713的俯视图。图57的(a)是在透镜边界独立的、交错配置的微透镜阵列713中对透镜间隔P导入不规则性的例子，配置为透镜的间隔P不是恒定值。图57的(b)是在透镜边界共有的、交错配置的微透镜阵列713中对透镜开口的形状导入不规则性的例子。
通过导入这样的不规则性，能够减弱微透镜阵列713中的透镜部722的规则性，能够降低衍射作用。对于不规则性，能够在透镜间隔、透镜部722的开口的形状、透镜部722的非球面形状等方面导入不规则性。若导入的不规则性的量变大，则会像通常的扩散板一样射出光的光量分布成为山型的分布，变得无法得到礼帽型的分布等。例如，若透镜部722的曲率半径在±50％的范围具有偏差时，则能够大幅度降低衍射的影响，但是在基准的射出角度为5°的情况下，变得具有5°的50％的±2.5°的射出角度偏差，在基准的射出角度5°以上出现大量射出的光，发生光量的损失。因而，从光利用效率这点出发，优选导入的不规则量较小，相对于基准值限制在±50％以下的不规则量较佳，更优选为±25％以下的不规则量，进一步优选为±10％以下的不规则量。此外，从降低这样的衍射的影响的观点出发，相邻的透镜部722的透镜间隔、透镜的开口的形状、透镜的非球面形状中的一者也可以彼此不同。另外，本实施方式中的微透镜阵列713也能够用第3实施方式的微透镜阵列513、第4实施方式的第1微透镜阵列602、第2微透镜阵列来替代。
实施例
在清洗了用作透明基材521的厚度0.5mm、折射率1.455的石英基板后，进行抗蚀剂的涂布等，之后，通过光刻以φ200μm的圆形的抗蚀剂成为透镜间隔P为202μm的交错配置的方式进行抗蚀剂的图案化。之后，对抗蚀剂进行回流处理，使抗蚀剂的表面成为球面形状。对球面形状的抗蚀剂进行干蚀刻，从而形成曲率半径R为1000μm的透镜部522，形成微透镜阵列513。将这样形成的微透镜阵列513切断为20mm×20mm的形状。成为这样的透镜形状的微透镜阵列513的射出角度β(r0)为2.6°。
将这样的微透镜阵列作为图47所示的投影装置中的微透镜阵列513a、513b、513c配置。向各微透镜阵列513a、513b、513c照射φ3mm的光，对于透镜间隔202μm而言足够大。此外，红、绿、蓝的各激光光源511a、511b、511c的波长λ分别为625nm、525nm、450nm，对于各色的波长，λ/P的值分别为3.1×10－3、2.6×10－3、2.2×10－3，与sinδ(r0)＝4.6×10－2相比变得足够小。此外，向微透镜阵列513a、513b、513c照射具有0.2°的扩张角η的发散光。此时，sinη＝3.4×10－3，比1/2×λ/P的值还大。
通过以上这样设置，在微透镜阵列中能够减小衍射的影响，能够得到均匀的光束。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但所述内容不是用于限定发明的内容。
本国际申请基于2012年12月28日提出申请的日本国特许出愿2012－287196号、2013年8月12日提出申请的日本国特许出愿2013－167565号、2013年7月9日提出申请的日本国特许出愿2013－143561号、2013年9月12日提出申请的日本国特许出愿2013－189364号主张优先权，本国际申请引用了日本国特许出愿2012－287196号、日本国特许出愿2013－167565号、日本国特许出愿2013－143561号、日本国特许出愿2013－189364号的全部内容。
附图标记说明
10、光学元件；11、基材；12、42、凹部；12a、12b、凹部；13、43、底部；13a、13b、底部；14、边界点；15、边界点；21、掩模；22、沉孔部；22a、底面；23、平坦部；24、曲面部；25、薄膜层；26、沉孔部；27、薄膜层；28、掩模；30、40、光学元件；31、41、基材；32、凸部；33、顶峰部；44、反射膜；100、投影装置；111a、111b、111c、激光光源；112a、112b、112c、透镜；113a、113b、113c、光学元件；114a、114b、114c、透镜；115a、115b、115c、空间光调制器；116、复用棱镜；117、透镜；118、屏幕；200、投影装置；201、激光光源；202、第1光学元件；203、分色镜；204、透镜；205、荧光轮；206、208、210、212、213、215、217、透镜；207、209、216、218、镜；211、复用镜；214、积分仪；219、空间光调制器；220、投影透镜；510、投影装置；511a、511b、511c、激光光源；512a、512b、512c、透镜；513、微透镜阵列；513a、513b、513c、微透镜阵列；514a、514b、514c、透镜；515a、515b、515c、空间光调制器；516、复用棱镜；517、透镜；518、屏幕；521、透明基材；522、透镜部；531、入射光；532、0次光；533、1次光；534、-1次光；541、入射光；542、衍射光；551、入射光；552、衍射光；560、投影面；600、投影装置；601、蓝色的激光光源；602、第1微透镜阵列；603、分色镜；604、透镜；605、荧光轮；605a、微透镜阵列区域；605b、绿色荧光体区域；605c、红色荧光体区域；605d、旋转驱动部；606、608、610、612、613、615、617、透镜；607、609、616、618、镜；611、复用镜；614、积分仪；619、空间光调制器；620、投影透镜；630、屏幕；713、微透镜阵列；722、透镜部。

Claims (33)

1.一种光学元件，其特征在于，
在基材的表面形成有多个凹部，
所述凹部具有由曲面形成的曲面部，
多个所述凹部形成为：所述凹部的底部的位置在深度方向上为两个以上的不同的位置，
在将所述基材的折射率设为n1、将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为λ并且将多个所述凹部的底部的深度方向上的范围设为Δd的情况下，
2/7≤|(n1－n2)×Δd|/λ≤10。
2.一种光学元件，其特征在于，
在基材的表面形成有多个凸部，
所述凸部具有由曲面形成的曲面部，
多个所述凸部形成为：所述凸部的顶峰部的位置在高度方向上为两个以上的不同的位置，
在将所述基材的折射率设为n1、将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为λ并且将多个所述凸部的顶峰部的高度方向上的范围设为Δd的情况下，
2/7≤|(n1－n2)×Δd|/λ≤10。
3.根据权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于，
所述光学元件透射光。
4.一种光学元件，其特征在于，
在基材的表面形成有多个凹部，
所述凹部具有由曲面形成的曲面部，
多个所述凹部形成为：所述凹部的底部的位置在深度方向上为两个以上的不同的位置，
在将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材的光束入射的波长设为λ并且将多个所述凹部的底部的深度方向上的范围设为Δd的情况下，
2/7≤|2×n2×Δd|/λ≤10。
5.一种光学元件，其特征在于，
在基材的表面形成有多个凸部，
所述凸部具有由曲面形成的曲面部，
多个所述凸部形成为：所述凸部的顶峰部的位置在高度方向上为两个以上的不同的位置，
在将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为λ并且将多个所述凸部的顶峰部的高度方向上的范围设为Δd的情况下，
2/7≤|2×n2×Δd|/λ≤10。
6.根据权利要求4或5所述的光学元件，其特征在于，
所述光学元件反射光。
7.根据权利要求1或4所述的光学元件，其特征在于，
所述底部按预定的周期排列。
8.根据权利要求2或5所述的光学元件，其特征在于，
所述顶峰部按预定的周期排列。
9.根据权利要求1或4所述的光学元件，其特征在于，
所述底部不规则地形成，
在由二等分线包围的区域内存在有一个所述底部，该二等分线是所述底部按预定的周期排列的情况下的、相邻的点之间的二等分线。
10.根据权利要求2或5所述的光学元件，其特征在于，
所述顶峰部不规则地形成，
在由二等分线包围的区域内存在有一个所述顶峰部，该二等分线是所述顶峰部按预定的周期排列的情况下的、相邻的点之间的二等分线。
11.根据权利要求1、4、7、9中任意一项所述的光学元件，其特征在于，
所述底部具有平坦部。
12.根据权利要求2、5、8、10中任意一项所述的光学元件，其特征在于，
所述顶峰部具有平坦部。
13.根据权利要求11或12所述的光学元件，其特征在于，
所述平坦部包括两种以上大小的平坦部。
14.一种投影装置，其中，
该投影装置包括：
权利要求1～13中任意一项所述的光学元件；以及
光源，其用于射出向所述光学元件入射的光。
15.一种光学元件的制造方法，其特征在于，
该光学元件的制造方法包括如下工序：
在基材的表面形成具有多个开口部的掩模的工序；以及
通过对形成有所述掩模的基材进行湿蚀刻而在所述基材的表面形成多个凹部的工序，
所述多个开口部是两个以上的大小不同的开口部，
在多个所述凹部中，所述凹部的底部的位置在深度方向上为两个以上的不同的位置。
16.一种光学元件的制造方法，其特征在于，
该光学元件的制造方法具有如下工序：
在基材的表面形成具有多个开口部的掩模的工序；以及
通过对形成有所述掩模的基材进行湿蚀刻而在所述基材的表面形成多个凹部的工序，
在所述基材的形成有所述开口部的区域形成两个以上的不同深度的沉孔部。
17.一种光学元件，其特征在于，
在基材的表面形成有多个凹部，
所述凹部具有由曲面形成的曲面部，
所述基材的表面被分割为多个区域，
所述多个区域中的一个区域的至少一部分是使所述多个区域中的另一区域的至少一部分以所述基材的表面的法线为轴线旋转而得到的形状。
18.一种光学元件，其特征在于，
在基材的表面形成有多个凸部，
所述凸部具有由曲面形成的曲面部，
所述基材的表面被分割为多个区域，
所述多个区域中的一个区域的至少一部分是使所述多个区域中的另一区域的至少一部分以所述基材的表面的法线为轴线旋转而得到的形状。
19.一种光学元件，其特征在于，
在基材的表面形成有多个凹部，
所述凹部具有由曲面形成的曲面部，
多个所述凹部的底部不规则地形成，
所述基材的表面被分割为多个区域，
在由二等分线包围的部分内存在有一个所述底部，该二等分线是所述底部按预定的周期排列的情况下的、相邻的点之间的二等分线，
所述多个区域中的各区域的所述预定的周期的排列方向互不相同。
20.一种光学元件，其特征在于，
在基材的表面形成有多个凸部，
所述凸部具有由曲面形成的曲面部，
多个所述凸部的顶峰部不规则地形成，
所述基材的表面被分割为多个区域，
所述顶峰部不规则地形成，
在由二等分线包围的部分内存在有一个所述顶峰部，该二等分线是所述顶峰部按预定的周期排列的情况下的、相邻的点之间的二等分线，
所述多个区域中的各区域的所述预定的周期的排列方向互不相同。
21.根据权利要求17或19所述的光学元件，其特征在于，
多个所述凹部形成为：所述凹部的底部的位置在深度方向上为两个以上的不同的位置，
在将所述基材的折射率设为n1、将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为λ并且将多个所述凹部的底部的深度方向上的范围设为Δd的情况下，
2/7≤|(n1－n2)×Δd|/λ≤10。
22.根据权利要求18或20所述的光学元件，其特征在于，
多个所述凸部形成为：所述凸部的顶峰部的位置在高度方向上为两个以上的不同的位置，
在将所述基材的折射率设为n1、将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为λ并且将多个所述凸部的顶峰部的高度方向上的范围设为Δd的情况下，
2/7≤|(n1－n2)×Δd|/λ≤10。
23.根据权利要求17或19所述的光学元件，其特征在于，
多个所述凹部形成为：所述凹部的底部的位置在深度方向上为两个以上的不同的位置，
在将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为λ并且将多个所述凹部的底部的深度方向上的范围设为Δd的情况下，
2/7≤|2×n2×Δd|/λ≤10。
24.根据权利要求18或20所述的光学元件，其特征在于，
多个所述凸部形成为：所述凸部的顶峰部的位置在高度方向上为两个以上的不同的位置，
在将所述基材的周围的介质的折射率设为n2、将向所述基材入射的光束的波长设为λ并且将多个所述凸部的顶峰部的高度方向上的范围设为Δd的情况下，
2/7≤|2×n2×Δd|/λ≤10。
25.一种投影装置，其中，
该投影装置包括：
权利要求17～24中任意一项所述的光学元件；以及
光源，其用于射出向所述光学元件入射的光。
26.一种投影装置，
该投影装置具有：
光源，其用于射出波长为λ的激光；
微透镜阵列，在其供所述激光入射的表面形成有多个透镜部；
空间调制器，透射所述微透镜阵列后的光束照射于该空间调制器；以及
投影光学系统，其用于对通过所述空间调制器后的光束进行投影，
该投影装置的特征在于，
在将向所述微透镜阵列入射的激光的光束的直径设为D、将所述微透镜阵列的发散角度设为δ并且将所述微透镜阵列中的相邻的透镜部的间隔设为P的情况下，
满足sinδ＞2λ/P＞6λ/D。
27.根据权利要求26所述的投影装置，其特征在于，
向所述微透镜阵列入射的激光具有扩张角η，
满足sinη＞λ/2P。
28.一种投影装置，
该投影装置具有：
光源，其用于射出波长为λ的激光；
微透镜阵列，在其供所述激光入射的表面形成有多个透镜部；
空间调制器，透射所述微透镜阵列后的光束照射于该空间调制器；以及
投影光学系统，其用于对通过所述空间调制器后的光束进行投影，
该投影装置的特征在于，
在所述微透镜阵列的彼此相邻的透镜部中，所述透镜部的开口的大小、曲率半径、透镜间隔这三者中的一者或两者以上不同。
29.根据权利要求28所述的投影装置，其特征在于，
对于透镜部的开口的大小、曲率半径、透镜间隔这三者中的一者或两者以上，相对于各自的基准值的偏差为±10％以下。
30.根据权利要求26～29中任意一项所述的投影装置，其特征在于，
所述微透镜阵列的所述透镜部的表面粗糙度Ra为100nm以下。
31.根据权利要求26～30中任意一项所述的投影装置，其特征在于，
照射于所述微透镜阵列的激光的强度为10W以上，
所述微透镜阵列由热线膨胀系数为8.5×10－6K－1以下的材料形成。
32.根据权利要求26～31中任意一项所述的投影装置，其特征在于，
所述微透镜阵列由含有氧化硅的材料形成。
33.根据权利要求26～32中任意一项所述的投影装置，其特征在于，
所述微透镜阵列是通过对透明基材进行干蚀刻或湿蚀刻形成所述透镜部而成的。
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