JP2005157119A - 反射防止光学素子及びこれを用いた光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性が高く、広い入射角でも十分な反射防止能が得られ、多様な種類の光学素子に対して適用の自由度が高い反射防止光学素子を提供する。
【解決手段】光学素子１１の少なくとも１つ以上の光学面１１ａに、可視光波長よりも短い周期の微細凹凸周期構造１２を備えてなる。微細凹凸周期構造１２を備える光学面１１ａは、曲率を有する光学曲面であって、光学曲面の面頂から光学有効径位置までの光軸方向に沿う距離をＤとし、該光学曲面の曲率半径をＲとしたとき、 ｜Ｒ｜／Ｄ＜５ の関係にある。微細凹凸周期構造１２を構成する材料と光学素子１１を構成する材料との屈折率差が０．１以下となっている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、入射光の波長よりも小さな周期構造を持つ反射防止構造体を用いた光学素子及びこれを用いた光学系に関するものである。

屈折率差を有する境界面を光が透過する場合、その屈折率差に応じて光の反射が生じるため、透過光量の損失が生じる。また、反射光により光学的に好ましくない作用を及ぼすことがある。カメラや内視鏡など撮像光学系を備える光学機器では、レンズやプリズムなどの光学素子が多数使用されているが、多数の光学素子の屈折率差から生じる光反射による透過光量の不足や、反射光によるゴースト、フレアの発生を防ぐために、極力、光の反射を低減するための工夫が施されている。

光の反射を低減する方法としては、一般的には、光反射防止のため屈折率が基材と異なる物質を真空蒸着法やスパッタリング法などにより光学素子の光学面に被覆形成する方法が用いられている。これらの方法では、被覆する物質を所定の厚さにすることが重要である。たとえば、単層反射防止膜では、基材よりも低屈折率物質を光の波長の１／４の奇数倍の厚さにすることで設計光波長に対して極小の反射率を得られることが知られている。また、広帯域の光波長に対しては、薄膜を積層することで高い反射防止効果が得られることが知られている。
なお、真空蒸着法やスパッタリング法では、高価な真空装置を必要とし、単層膜の場合は１回、また多層膜の場合は複数回の成膜を行う必要がある。また、屈折率および膜厚を高精度に制御する必要があり、制御系に関しても高価な制御装置が要求される。

ところで、真空蒸着法やスパッタリング法などで無機質の薄膜の反射防止膜を形成する方法は、真空となるように装置内部を排気するため、必然的にバッチ処理となり、生産性が低いという問題がある。
また、一般に、真空蒸着法やスパッタ法などで薄膜の反射防止膜をつける光学素子の光学面が曲率を持つ光学曲面の場合には、光学素子周辺部になるほど蒸着源に対する光学面の角度が大きくなる。このため、光学素子周辺部での膜厚が光学素子中心部に比較して薄くなり、光学素子面全体に均質な反射防止能が得られ難くなる。特に、曲率の強いレンズでは、レンズ周辺部での反射防止能が極度に低下し、このレンズを用いた光学系では周辺光量の低下を起してしまうという問題がある。
光学素子の用途により要求される反射防止効果は異なるが、一般に反射率が１％以下であれば、充分な反射防止効果が得られているといえる。

また、光学素子の用途により差はあるが、通常、設定膜厚に対して２０％程度の膜厚差が光学素子の中心部と周辺部とで生じると、光学特性上、不都合が生じる。これをレンズの形状面からみた場合、レンズの曲率半径をＲとし、レンズの面頂から有効光路径（光学有効径ともいう）位置までの光軸方向に沿う距離（即ち、レンズ面の深さ又は長さ）をＤとしたとき、 ｜Ｒ｜／Ｄ＜５ の関係にあるレンズ（例えば、図３参照）においては、レンズ周辺部で十分な反射防止能が得られなくなる。

また、これらの薄膜の干渉を利用した反射防止膜では、原理的に光の入射角に応じて反射率が変化する。一般的に、反射防止膜は、垂直入射に対して反射率が最小になるように最適化されており、入射角が大きくなると反射防止効果は大きく低下する。
しかるに、画角が広い光学系における先端レンズでは、光の入射角が大きくなるため、反射防止効果が大きく低下し、このレンズを用いた光学系での入射光量が不足してしまうという問題がある。

また、真空蒸着法やスパッタ法を用いて密着性が出るように反射防止膜の薄膜を形成する場合、反射防止膜を形成する光学素子の温度が２００℃以上になると、光学素子の耐熱性が低い場合には光学素子の変形等の不具合が生ずることがある。即ち、耐熱性の低い光学素子に対しては、温度が上がらないような条件にするため、反射防止膜に用いられる無機質が限定され、反射防止膜の設計の自由度が制限されるという課題がある。
また、ＣＣＤのような既に組み立てられたデバイスにおいては、真空蒸着法やスパッタ法を行う真空環境では、真空環境と素子内部との圧力差によりデバイスが破壊されるおそれがあるため、表面のカバーガラスなどへは真空蒸着法やスパッタ法による反射防止膜の形成ができないという問題がある。

また、光学系においては、屈折率が大きく異なった光学素子を接着剤などを用いて接合し接合レンズとすることがある。この場合、屈折率差が大きいと接合界面での光の入射角が大きくなって反射が起こり、透過光量の減少や反射光によるフレア、ゴーストのおそれがある。
しかるに、接合レンズのような積層された光学素子では、光の反射の原理から、積層する光学素子の屈折率に応じて、接合に用いる接着剤の屈折率を接合する光学素子の屈折率の中間にすることで、接合界面での光の反射を低減することは理論上では可能である。
しかしながら、屈折率の異なる光学素子の組合せのバリエーションは無数にある。その無数にあるバリエーションのそれぞれに対し、十分に光の反射を低減できる屈折率を持つように接着剤の種類を用意することは実際には困難である。このため、屈折率の異なる光学素子の組合せに対し、十分に光の反射を低減できないという課題がある。

また、積層する光学素子の界面となる光学面に真空蒸着法やスパッタ法を用いて反射防止膜を形成して接合する方法も考えられる。しかしながら、上述のように、これらの方法は生産性が低いため、反射防止膜を形成する面が増えることで、さらに生産性が低くなってしまうという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、生産性が高く、広い入射角でも十分な反射防止能が得られ、多様な種類の光学素子に対して適用の自由度が高い反射防止光学素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による反射防止光学素子は、光学素子の少なくとも１つ以上の光学面に、可視光波長よりも短い周期の微細凹凸周期構造を備えてなることを特徴としている。

また、本発明の反射防止光学素子においては、光学面は曲率を有する光学曲面からなり、光学曲面の面頂から光学有効径位置までの光軸方向に沿う距離をＤとし、該光学曲面の曲率半径をＲとしたとき、 ｜Ｒ｜／Ｄ＜５ の関係にある前記光学素子の光学曲面に、前記微細凹凸周期構造を備えてなることを特徴としている。

また、本発明の反射防止光学素子においては、前記反射防止光学素子が、少なくとも２層以上に積層された積層レンズであって、該積層レンズにおける少なくとも１つ以上の積層界面に、前記微細凹凸周期構造を備えてなることを特徴としている。

また、本発明の反射防止光学素子においては、前記微細凹凸周期構造を構成する材料と前記光学素子を構成する材料との屈折率差が０．１以下であることを特徴としている。

また、本発明の反射防止光学素子においては、撮像素子上に配置される光学素子の入射面側に、前記微細凹凸周期構造を備えてなることを特徴としている。

また、本発明による光学系は、画角が８０〜１５０度の光学系であって、入射側第一面が微細凹凸周期構造を備えた光学面となるように、本発明の反射防止光学素子を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、非常に生産性に優れた反射防止光学素子を提供することができる。また、光線の入射角が大きくても、十分に反射防止効果が得られ、画角の広い光学素子に対しても十分な反射防止効果が得られるようになる。また、温和な加工条件の成形により任意の部分へ反射防止を行うことができるため、熱、圧力に弱い素子に対しても反射防止効果が容易に得られるようになる。

実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
反射防止の原理
まず、本発明の反射防止光学素子による反射防止の原理について説明する。図１は本発明の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造の説明図、図２(a)〜(d)は本発明の反射光学素子における微細凹凸周期構造の凹凸形状の構成例をそれぞれ示す斜視図である。
本発明の反射防止光学素子は、光学素子の光学面に可視光波長λよりも短い周期の微細な凹凸を持つ構造体を形成して構成されている。なお、本発明における微細凹凸構造における凹凸は、側面がテーパ状に形成されている。

本発明の反射防止光学素子のように、光学素子の光学面に可視光波長λよりも短い周期の微細凹凸を形成すると、微細凹凸の底部では、微細凹凸構造を形成する材料の体積占有率が大きくなる。このため、底部における屈折率は、微細凹凸構造を形成する材料自体の特性に大きく依存した特性を持つ。また、微細凹凸の表面に近づくにつれ、微細凹凸を形成する材料の体積占有率が低くなり、代わりに微細凹凸に接している物質（通常は、空気）の体積占有率が増加する。
このため、本発明の反射防止光学素子によれば、微細凹凸の底部から上部にかけて屈折率を連続的に変化させることができ、従来の真空蒸着法やスパッタリング法で形成した反射防止膜を用いて屈折率が連続的に変化する層を構成した場合と同等の効果を持つことができる。
即ち、光の反射は、異なる屈折率を持つ材料の界面を光が透過する際に、屈折率差があるために生じる。本発明の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造によれば、凹凸の底面から上面にかけて連続的に屈折率変化を与えることになるため、光反射が防止されるようになる。

なお、良好な反射防止効果を得るため、微細凹凸は、上述したようにテーパを設けることが好ましく、図２(a)〜(d)に示すように、略四角錐、略三角錐、略円錐などの略錐体形状であることが好ましい。また、微細凹凸周期構造は、凹凸の周期と凹凸の高さとの比が、０．２〜４となるように形成することが望ましい。

ところで、二つの材料の界面で光が全反射する臨界角をθｃとすると、臨界角θｃは次の式で表される。
θｃ＝ｓｉｎ^-1（ｎ１／ｎ２）
但し、ｎ１、ｎ２は、それぞれの材料の屈折率である。
上述のように、本発明の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造では、屈折率が連続的に変化する層と同等の効果が得られるため、微細凹凸層は微視的な範囲では、ｎ１≒ｎ２となり、非常に大きな臨界角となる。このため、本発明の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造によれば、光の入射角が大きくなっても良好な反射防止効果を得ることができる。

ところで、曲率のきつい光学曲面を有するレンズにおいては、レンズの周辺部になるほどレンズの中心軸（光軸）とレンズ曲面の法線がなす角度が大きくなり、光線の入射角が大きくなる。
しかるに、本発明の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造によれば、上述のように、広い光線入射角に対して、反射防止効果が得られるようになる。特に、光学曲面の面頂から光学有効径位置までの光軸方向に沿う距離をＤとし、該光学曲面の曲率半径をＲとしたとき（図３参照）、 ｜Ｒ｜／Ｄ＜５ の関係となる形状のレンズにおいては、従来用いられていた干渉作用を利用した反射防止膜に比べて、レンズ周辺部での反射防止能の低下が著しく抑制され、高性能な反射防止能が得られる。

また、画角の広い光学系の入射側第一面は光線入射角が大きい。このため、従来の反射防止膜を設けた光学素子を、反射防止膜が入射側第一面となるように配置したのでは、入射角が大きな光線に対して反射防止能が低くなる。
しかるに、本発明の反射防止光学素子を用いて入射側第一面が微細凹凸周期構造を有するようにすれば、画角の広い光学系においても、十分な反射防止能が得られるようになる。

微細凹凸周期構造の形成方法
次に、本発明の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造の形成方法について、説明する。
本発明の反射防止光学素子においては、どのような方法を用いて光学素子の光学面に微細凹凸周期構造を形成してもかまわない。
微細凹凸周期構造を形成する方法としては、例えば、形成しようとする微細凹凸周期構造とは逆の形状を持つ型を用いて、光学素子を成形すると同時に光学面に微細凹凸周期構造を成形する方法や、半導体製造技術の応用により光学素子の光学面を直接エッチングして、微細凹凸周期構造を形成する方法や、全体形状が完成している光学素子の光学面に別の成形、例えば、固化可能材料で層（膜）を形成して、形成しようとする微細凹凸周期構造とは逆の形状を持つ型を用いて、光学面に微細凹凸周期構造を成形し、層（膜）を固化する方法等があり、いずれの方法を用いても良い。なお、全体形状が完成している光学素子の光学面上に層を形成し、成形により微細凹凸周期構造を形成する場合、層の厚さは微細凹凸の高さＨ以上であればよく、この場合には層の底面の全面が光学面と接触することになって、密着性が高くなり、耐久性に優れる。

この場合、光学素子を形成した材料と微細凹凸周期構造を形成した材料との屈折率差が、０．１以下であるのが望ましい。０．１を上回って差が大きくなると、この界面での反射が大きくなりすぎ、全体としての反射防止効果が損なわれる。
さらに望ましくは、光学素子を形成した材料と微細凹凸周期構造を形成した材料との屈折率差が、０．０５以下であるのがよい。

また、所定の微細凹凸周期構造と逆の凹凸形状を有する型は、どのような方法を用いて作製しても構わない。例えば、半導体による集積回路形成で用いられる微細加工技術を流用し、リソグラフィー技術を応用して電子線描画やレーザー干渉法によりレジストパターンを形成して、原子線、イオンビームなどによりエッチングするなどの方法で、型基材に逆の微細凹凸周期構造を形成させて型を作製したり、ガラスなどの基材に所定の微細凹凸周期構造を形成させた後、これにニッケル等の金属メッキを施しメッキ層を形成した後、メッキ層を剥がしてこのメッキ層を型とする電鋳法などを用いることができる。

また、本発明の反射防止光学素子を、２層以上に積層された積層光学素子で構成する場合は、積層界面となる光学面に微細凹凸周期構造を形成するとよい。そのようにすれば、上述した反射防止の原理により、積層界面で屈折率が徐々に変化するような効果が得られ、界面での光反射を大幅に低減できる。また、光学素子を接着剤により接合して接合レンズとする場合、接合する光学素子の屈折率差に関係なく、ある程度以上の反射防止効果が得られ、接着接合に用いる接着剤の屈折率の調整をすることなく、反射防止をすることができるようになる。

また、本発明の反射防止光学素子を、撮像素子のような組み立てられたデバイスに対して設ける場合は、撮像素子上の光学素子、例えばカバーガラス上に液状の樹脂を塗布し、その上に所定の微細凹凸周期構造とは逆の形状を持った型をあてて、樹脂を固化させた後、離型する。このようにすれば、比較的低温常圧下でカバーガラス表面へ容易に微細凹凸周期構造を形成することができ、デバイスに対して、ダメージを与えずに、反射防止効果が得られるようになる。

以下、本発明の反射防止光学素子の実施例について、比較例を示しながらより詳細に説明する。なお、いうまでもないことではあるが、本発明の反射防止光学素子は、以下に示す各実施例のものに限定されるものではない。

図４は実施例１にかかる反射防止光学素子を示す図であり、(a)は反射防止光学素子の断面を示す模式図、(b)は(a)の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造の断面を示す拡大部分説明図、(c)は実施例１にかかる反射防止光学素子の波長に対する反射率特性を示すグラフである。
実施例１の反射防止光学素子は、図４(a)，(b)に示すように、プラスチックレンズ１１の凸面１１ａに、円錐形状で断面が楔形形状の凹凸で、凹凸ピッチ１５０ｎｍ、凹凸の高さ１５０ｎｍの微細凹凸周期構造１２を備えて構成されている。
プラスチックレンズ１１は、アモルファスシクロポリオレフィン樹脂の日本ゼオン製Ｚｅｏｎｅｘ４８０Ｒを射出成形により作製した。このレンズ１１の凸面１１ａの曲率半径Ｒは８．５０ｍｍ、凸面１１ａの面頂から光学有効径位置までの光軸方向に沿う距離Ｄは１．６３ｍｍ、Ｒ／Ｄ＝５．２１、有効光路径（光学有効径ともいう）は１０．０ｍｍである。また、プラスチックレンズ１１の成形に用いた型には、プラスチックレンズ１１の凸面１１ａを成形するＳＵＳ製入れ子型に半導体リソグラフィー技術を応用して、パターンを形成し、原子線エッチングにより、図４(b)に示した形状とは逆の微細凹凸周期構造を形成したものを用いた。
プラスチックレンズ１１の微細凹凸周期構造１２が形成された面の反射率を測定したところ、図４(c)に示すように良好な反射防止効果が確認された。
本実施例で用いたＺｅｏｎｅｘ４８０Ｒの屈折率ｎｄは、１．５２であり、図４(a)に示す凸面１１ａと同形状で且つ反射防止処置を行わない状態では、約４％の反射率となる。これに対し、本実施例では、可視光域での反射率が０．８％以下であって、反射防止処置を行わない状態と比較して、反射率を１／５以下にすることができ、充分な反射防止効果が得られた。また、成形の型（入れ子型）に微細凹凸周期構造（逆形状）を形成して、レンズを成形したため、微細凹凸周期構造を形成する材料とレンズ本体の材料は同一で屈折率差がなく、微細凹凸周期構造とレンズ本体の界面では反射しない。

図５は実施例２にかかる反射防止光学素子を示す図であり、(a)は反射防止光学素子の断面を示す模式図、(b)は(a)の反射防止光学素子に形成された微細凹凸周期構造の断面を示す拡大部分説明図である。
実施例２の反射防止光学素子は、ｄ線での屈折率（ｎｄ）が１．５２のガラスレンズ２１の凹面２１ａに、ｎｄ＝１．５３の紫外線硬化型透明樹脂（三菱レイヨン（株）製、ダイヤビームＭＰ２０２）を用いて微細凹凸周期構造２２を形成した複合光学レンズ２３として構成されている。この凹面２１ａの曲率半径Ｒは３５．０ｍｍ、凹面２１ａの面頂から光学有効径位置までの光軸方向に沿う距離Ｄは２．８０ｍｍ、Ｒ／Ｄ＝１２．５、有効光路径（光学有効径ともいう）は２７．４ｍｍである。
微細凹凸周期構造２２は、図５(b)に示すように、凹凸のピッチ２００ｎｍ、凹凸の高さ２５０ｎｍであって、円錐形状で凹凸の断面が楔状形状に形成されている。
複合光学レンズ２３は、ガラスレンズ２１の凹面２１ａに紫外線硬化型透明樹脂を所定量塗布し、ガラスレンズ２１の凹面２１ａと同じ曲率半径を持つＳＵＳ製金型上に、実施例１と同様のリソグラフィー技術を応用した方法で、図５(b)に示した微細凹凸周期構造とは逆の形状を形成した金型を押し付け、金型とは反対の面から所定の紫外線照射手段を介して紫外線を照射して、上述の紫外線硬化型透明樹脂を硬化させた後、離型することで層厚さ２μｍとして作製した。
実施例２の反射光学素子における微細凹凸周期構造２２が形成された面は、光反射が抑制され、実施例１と同様に反射率が０．８％以下となって、良好な反射防止の結果が得られた。（実施例１と同様に）ガラス単体では、反射率が約４％であるのに対し、本実施例では、可視光での反射率を１％未満にすることができ、充分な反射防止効果が得られた。

図６は実施例２の反射防止光学素子の他の設計例にかかる図であり、（a）はこの設計例の反射防止光学素子に用いるレンズの断面図、(b)はこのレンズを用いた反射防止光学素子の波長に対する反射率特性を示すグラフである。
図６(a)の例の反射防止光学素子に用いるガラスレンズ２１’は、凹面２１ａ’の面頂から光学有効径位置までの光軸方向に沿う距離Ｄが４．６８ｍｍ、凹面２１ａ’の曲率半径Ｒが２０ｍｍ、｜Ｒ｜／Ｄ＝４．３であり、曲率が比較的きついレンズに構成されている。
図６(a)に示すガラスレンズ２１’の凹面２１ａ’に対しても、図５に示したガラスレンズ２１の凹面２１ａに対する微細凹凸周期構造２２と同様に紫外線硬化型透明樹脂により微細凹凸周期構造を形成して実施例２の変形例にかかる反射防止光学素子を構成した。この微細周期構造における光入射角に対する反射特性は、図６(b)に示すようなものになった。一般に、屈折率ｎｄ＝１．５２のガラスレンズでは、臨界角が４１°であるので、反射防止処理をしない場合で本実施例と同様の凹面を形成した場合には、著しい反射が起こってしまう。しかるに、本実施例の微細凹凸周期構造を設けたレンズ２１の凹面２１’ａの最外径部は光軸に対し光入射角が４０°の角度となっている。このため、図６(b)に示す反射特性から凹面２１ａ’の最外径部においても、充分な反射防止効果が得られた。

図７は実施例３にかかる反射防止光学素子を示す図であり、(a)は反射防止光学素子の断面を示す模式図、(b)は(a)の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造の断面を示す拡大部分説明図、(c)は実施例３にかかる反射防止光学素子の入射角に対する反射率特性を示すグラフである。
実施例３の反射防止光学素子は、光学設計上での画角が１３０度の光学系における先端レンズとして配置されており、図７(a)，(b)に示すように、入射側第一面となるガラスレンズ３１の平面（又は曲率半径が∞に近い面）３１ａに、円錐形状で断面が楔形形状の凹凸で、凹凸ピッチ２００ｎｍ、凹凸の高さ２００ｎｍの微細凹凸周期構造３２を備えて構成されている。なお、ガラスレンズ３１の第一面は平面３１ａであるので、 Ｒ／Ｄ≒∞ となる。

実施例３の反射防止光学素子は、次のようにして作製した。
ガラスレンズ３１の面３１ａにテトラメトキシシランとテトラプロポキシチタネートとが７：３の物質量比からなる溶液をスピンコート法により塗布した。次に、図７(b)に示した微細凹凸周期構造とは逆の形状を持つニッケル製金型を面（膜形成面）３１ａへ押し付けた後、１００℃に加熱して、塗布されたテトラメトキシシランとテトラプロポキシチタネートを重縮合させて、離型し、ガラスレン３１の面３１ａに微細凹凸周期構造を形成した。さらに大気中約４００℃で２時間ほど加熱して、微細凹凸周期構造３２を得た。この層全体の厚さは、０．４μｍであった。

ここで用いたニッケル製金型は、次のようにして作製した。まず、シリコン基材上にリソグラフィー技術の応用でパターン形成しエッチングにより図７(b)に示した微細凹凸周期構造を形成した。次に、このシリコン基材に対し、ニッケルメッキを重ねて電鋳法により、図７(b)に示した微細凹凸周期構造とは逆の形状を持つニッケル製金型を作製した。
また、微細凹凸周期構造３２を形成したテトラメトキシシランとテトラプロポキシチタネートとの混合物を焼結したものは、ｄ線での屈折率が１．７０であり、ガラスレンズ３１の屈折率（ｎｄ＝１．６７）との屈折率差が０．１以下となるように設定した。
微細凹凸周期構造３２が形成された面の光反射率の入射角依存性を評価した結果、微細凹凸構造を形成しない、即ち、反射防止処理を施していないガラスレンズ３１では、屈折率より臨界角が３７°となるのに対し、本実施例の微細凹凸周期構造３２が形成されたガラスレンズ３１では図７(c)に示すように光入射角が６０°でも、十分な反射防止効果が得られた。

図８は実施例４にかかる反射防止光学素子を示す図であり、(a)は反射防止光学素子の断面を示すとともに接合界面を拡大して示す模式図、(b)は(a)の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造の拡大部分断面図、(c)は(a)の反射防止光学素子を備えた撮像光学系の一構成例を示す断面図である。
実施例４の反射防止光学素子は、図８(a)に示すように、屈折率ｎｄ≒１．４７のガラスレンズ４１と屈折率ｎｄ≒１．６５のガラスレンズ４２とを接着剤４３により積層した積層レンズとして構成されている。この積層レンズにおける接合面の曲率半径Ｒは１３．５ｍｍ、この接合面の面頂から光学有効径位置までの光軸方向に沿う距離Ｄは１．９１ｍｍ、Ｒ／Ｄ＝７．０７、有効光路径（光学有効径ともいう）は１３．８５ｍｍである。
ガラスレンズ４１の積層界面側の光学面４１ａには、実施例３のテトラメトキシシランとテトラプロポキシチタネートの物質量比７：３混合物をテトラエトキシシランにおきかえて、実施例３と同様の方法により、図８(b)に示すように微細凹凸周期構造（ピッチ２００ｎｍ、高さ２００ｎｍ、層全体の厚さ０．４μｍ）を形成した。テトラエトキシシランの硬化時の屈折率ｎｄ≒１．４４である。ガラスレンズ４２の積層界面側の光学面４２ａには、実施例３と同様の微細凹凸周期構造の形成方法によりテトラメトキシシラン／テトラプロポキシチタネート（物質量比７：３であり、硬化時のｄ線の屈折率ｎｄは１．７０となる。）を用いて微細凹凸周期構造（ピッチ２００ｎｍ、高さ２００ｎｍ、層全体の厚さ０．３μｍ）を形成した。次に、ガラスレンズ４１の積層界面側の光学面４１ａに紫外線硬化型の接着剤（ノーランド社製、ノーランド６１、屈折率ｎｄ＝１．５２）４３を所定量塗布し、上からガラスレンズ４２を被せた後、所定の紫外線照射手段を介して紫外線を照射して接着剤４３を硬化させ、積層レンズを作成した。このときは、接着剤層厚は約１０μｍである。本実施例においても、ガラスレンズ４１，４２上に形成した微細凹凸周期構造の材料は、基材となるガラスレンズ４１，４２の材料の屈折率とほぼ同じになるように設定した。
実施例４の接合レンズを図８(c)に示すような８群１０枚構成のカメラの撮像光学系の６群目に組み込んで評価したところ、フレア、ゴーストの発生はなく良好な結果が得られた。一方、微細凹凸周期構造を形成しない場合では、若干のゴーストが見られた。

図９は実施例５にかかる反射防止光学素子を示す図であり、(a)は反射防止光学素子の製造方法を示す説明図、(b)は反射防止光学素子の斜視図、(c)は(a)の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造の断面を示す拡大部分説明図である。
実施例５の反射防止光学素子は、図９(a)，(b)に示すように、固体撮像素子であるＣＣＤ５１のカバーガラス５２である光学素子上に紫外線硬化型樹脂５４により微細凹凸周期構造５３を形成して構成されている。この光学素子として用いたカバーガラス５２の光入射面側は平面であり、Ｒ／Ｄ≒∞となる。
微細凹凸周期構造５３は、図９(c)に示すように、凹凸ピッチ１５０ｎｍ、凹凸の高さ１５５ｎｍの楔形形状を有し、凸部は円錐形状となっている。
実施例５の反射防止光学素子の具体的な製造は、次のようにして行った。
図９(a)に示すように、ＣＣＤ５１のカバーガラス５２上に、紫外線硬化型樹脂５４を所定量塗布し、図９(c)に示した微細凹凸周期構造とは逆の形状を有しているガラス型５５をその紫外線硬化型樹脂５４の上から押し付け、ガラス型５５の上方から所定の紫外線照射手段を介して紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂５４を硬化させた後、離型した。紫外線硬化型樹脂層全体の厚さは３μｍであった。ガラス型５５は、ガラス基材へリソグラフィー技術を応用してパターン形成し、原子線エッチングにより図９(c)の微細凹凸周期構造とは逆の形状を形成したものを用いた。また、紫外線硬化型樹脂５４は、アクリレート系の屈折率１．５０のものを用いた。また、カバーガラス５２（屈折率ｎｄ≒１．５２）と紫外線硬化型樹脂５４との屈折率差が、０．１以下となるようにした。
実施例５の反射防止光学素子によれば、ＣＣＤ５１のカバーガラス表面の反射は大幅に低減され、可視域での反射率が１％未満であって、良好な結果が得られた。また、常温常圧下で作製処理を行うことができたため、ＣＣＤ５１にはまったくダメージを与えなかった。

以上説明したように、本発明の反射防止光学素子は特許請求の範囲に記載された発明の他に次のような特徴を有している。

（１）前記微細凹凸周期構造の凹凸が、略錐体形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜５に記載の反射防止光学素子。

（２）前記微細凹凸周期構造における凹凸の周期と凹凸の高さとの比が、０．２〜４であることを特徴とする請求項１〜５に記載の反射防止光学素子。

（３）前記微細凹凸周期構造を構成する材料と光学素子を形成する材料との屈折率差が０．１以下であることを特徴とする請求項４、上記（１）、（２）のいずれかに記載の反射防止光学素子。

（４）前記微細凹凸周期構造を構成する材料と光学素子を形成する材料との屈折率差が０．０５以下であることを特徴とする請求項１〜５、上記（１）、（２）のいずれかに記載の反射防止光学素子。

（５）前記微細凹凸周期構造を構成する材料と光学素子を形成する材料との屈折率差が０．０３以下であることを特徴とする請求項１〜５、上記（１）、（２）のいずれかに記載の反射防止光学素子。

（６）画角が８０〜１５０度の光学系であって、入射側第一面が微細凹凸周期構造を備えた光学面となるように上記（１）〜（５）のいずれかに記載の反射防止光学素子を備えたことを特徴とする光学系。

本発明の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造の説明図である。 (a)〜(d)は本発明の反射光学素子における微細凹凸周期構造の凹凸形状の構成例をそれぞれ示す斜視図である。 本発明の反射防止光学素子に用いる光学素子の光学曲面の面頂から光学有効径位置までの光軸方向に沿う距離をＤとし、該光学曲面の曲率半径をＲとしたときの関係を示す説明図である。 実施例１にかかる反射防止光学素子を示す図であり、(a)は反射防止光学素子の断面を示す模式図、(b)は(a)の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造の断面を示す拡大部分説明図、(c)は実施例１にかかる反射防止光学素子の波長に対する反射率特性を示すグラフである。 実施例２にかかる反射防止光学素子を示す図であり、(a)は反射防止光学素子の断面を示す模式図、(b)は(a)の反射防止光学素子に形成された微細凹凸周期構造の断面を示す拡大部分説明図である。 実施例２の反射防止光学素子の他の設計例にかかる図であり、（a）はこの設計例の反射防止光学素子に用いるレンズの断面図、(b)はこのレンズを用いた反射防止光学素子の波長に対する反射率特性を示すグラフである。 実施例３にかかる反射防止光学素子を示す図であり、(a)は反射防止光学素子の断面を示す模式図、(b)は(a)の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造の断面を示す拡大部分説明図、(c)は実施例３にかかる反射防止光学素子の波長に対する反射率特性を示すグラフである。 実施例４にかかる反射防止光学素子を示す図であり、(a)は反射防止光学素子の断面を示すとともに接合界面を拡大して示す模式図、(b)は(a)の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造の拡大部分断面図、(c)は(a)の反射防止光学素子を備えた撮像光学系の一構成例を示す断面図である。 図９は実施例５にかかる反射防止光学素子を示す図であり、(a)は反射防止光学素子の製造方法を示す説明図、(b)は反射防止光学素子の斜視図、(c)は(a)の反射防止光学素子における微細凹凸周期構造の断面を示す拡大部分説明図である。

符号の説明

１１ プラスチックレンズ
１１ａ 凸面
１２，２２，３２，５３ 微細凹凸周期構造
２１，２１’，３１，４１，４２ ガラスレンズ
２１ａ，２１ａ’ 凹面
２３ 複合光学レンズ
３１ａ 平面（又は曲率半径が∞に近い面）
４３ 接着剤
５１ ＣＣＤ
５２ カバーガラス
５４ 紫外線硬化型樹脂
５５ ガラス型

Claims (6)

1. 光学素子の少なくとも１つ以上の光学面に、可視光波長よりも短い周期の微細凹凸周期構造を備えてなることを特徴とする反射防止光学素子。
2. 前記光学面は、曲率を有する光学曲面であって、光学曲面の面頂から光学有効径位置までの光軸方向に沿う距離をＤとし、該光学曲面の曲率半径をＲとしたとき、 ｜Ｒ｜／Ｄ＜５ の関係にある前記光学素子の光学曲面に、前記微細凹凸周期構造を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の反射防止光学素子。
3. 前記反射防止光学素子が、少なくとも２層以上に積層された積層レンズであって、該積層レンズにおける少なくとも１つ以上の積層界面に、前記微細凹凸周期構造を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の反射防止光学素子。
4. 前記微細凹凸周期構造を構成する材料と前記光学素子を構成する材料との屈折率差が０．１以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射防止光学素子。
5. 前記光学素子は、撮像素子上に配置される光学素子であって、その入射面側に前記微細凹凸周期構造を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の反射防止光学素子。
6. 画角が８０〜１５０度の光学系であって、入射側第一面が微細凹凸周期構造を備えた光学面となるように請求項１〜５のいずれかに記載の反射防止光学素子を備えたことを特徴とする光学系。