JP2007298918A - Optical element and optical system including the same - Google Patents

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Takehiko Nakai
中井  武彦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical element having a high-performance antireflection structure without increasing difficulty level in production such as molding, in an optical element which ensures antireflection property by minute parts, and to obtain an optical system using the same. <P>SOLUTION: The optical element includes a substrate and a plurality of minute parts having projected parts or recessed parts disposed on the surface of the substrate and has antireflection property, wherein the plurality of minute parts are arranged with a cycle of 1/4 to 1 time as long as the arbitrary wavelength of light used, and first minute parts among the plurality of minute parts are shifted in the thickness direction of the substrate with respect to second minute parts among the plurality of minute parts. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は光学素子及びそれを有する光学系に関し、例えば光学部材の表面(光入出射面)に反射防止性を有する複数の微細部を設け、反射防止を効果的に行った光学素子に関するものである。   The present invention relates to an optical element and an optical system having the optical element, and for example, relates to an optical element in which a plurality of fine portions having antireflection properties are provided on the surface (light incident / exit surface) of an optical member to effectively prevent reflection. is there.

従来、ガラス、プラスチックなどの透光性媒質を用いた光学素子においては、表面反射による光を減少させるために光入出射面に反射防止膜を設けるなどの表面処理を施している。例えば可視光に対する反射防止膜としては、薄膜の誘電体膜を複数層重ねた多層膜のものが知られている。この多層膜は、透光性の基板表面に真空蒸着等により金属酸化物等の薄膜を成膜して形成されている。   Conventionally, in an optical element using a translucent medium such as glass or plastic, surface treatment such as providing an antireflection film on a light incident / exit surface is performed to reduce light due to surface reflection. For example, as an antireflection film for visible light, a multilayer film in which a plurality of thin dielectric films are stacked is known. This multilayer film is formed by forming a thin film of metal oxide or the like on the surface of a light-transmitting substrate by vacuum deposition or the like.

また光学素子に用いる反射防止構造として図9に示すように基板14上に複数の微細部(微細凹凸形状)15を有する領域(微細凹凸領域)13を形成した構成が知られている。(非特許文献1参照)。   Further, as an antireflection structure used for an optical element, a structure in which a region (fine concavo-convex region) 13 having a plurality of fine portions (fine concavo-convex shape) 15 is formed on a substrate 14 as shown in FIG. 9 is known. (Refer nonpatent literature 1).

図9に示す光学素子11をyz断面で切断した拡大断面図を図10(a)に示す。   FIG. 10A shows an enlarged sectional view of the optical element 11 shown in FIG. 9 cut along the yz section.

一般に光学素子の表面に図10(a)に示されるような周期構造を有する複数の微細部15が形成された場合、この表面に入射した光は回折する。この場合、回折方向は以下の式で求められる。   In general, when a plurality of fine portions 15 having a periodic structure as shown in FIG. 10A are formed on the surface of an optical element, light incident on the surface is diffracted. In this case, the diffraction direction is obtained by the following formula.

n2・sinθ2−n1・sinθ1=mλ/P (1)
ここで、n1は入射媒質12の屈折率、n2は射出媒質14の屈折率、θ1は入射角、θ2は射出角(回折角)、mは回折次数、λは使用光の波長、Pは格子周期(周期)である。
n2 · sin θ2−n1 · sin θ1 = mλ / P (1)
Here, n1 is the refractive index of the incident medium 12, n2 is the refractive index of the exit medium 14, θ1 is the incident angle, θ2 is the exit angle (diffraction angle), m is the diffraction order, λ is the wavelength of the light used, and P is the grating Period (period).

周期(間隔)Pが狭くなることで0次回折光しか発生しなくなった状態での微細部15は、特定の屈折率を有する薄膜のような作用をする。   The fine part 15 in a state where only the 0th-order diffracted light is generated due to the narrowing of the period (interval) P acts like a thin film having a specific refractive index.

例えば媒質の屈折率n2=1.5と空気(屈折率n1=1)の界面に図9に示す微細部(矩形格子)15が媒質と空気の体積比率50%で形成された場合、この微細部15は媒質と空気の中間の屈折率neff=1.25の薄膜のように振る舞う。そして微細部15の高さdをneff×dが使用波長λの1/4となるように設定すれば、この微細部15は反射防止膜として機能する。   For example, when the fine portion (rectangular lattice) 15 shown in FIG. 9 is formed at a volume ratio of 50% of the medium and air at the interface between the medium refractive index n2 = 1.5 and air (refractive index n1 = 1), The part 15 behaves like a thin film having a refractive index neff = 1.25 between the medium and air. If the height d of the fine portion 15 is set so that neff × d is 1/4 of the operating wavelength λ, the fine portion 15 functions as an antireflection film.

図10(b)に図10(a)の微細部15の基板14の厚さ方向(深さ方向)の等価屈折率nを示す。図10(b)において横軸が各領域における屈折率n、縦軸が基板14からの深さdを示している。これは単層の反射防止膜と同じ構成である。   FIG. 10B shows an equivalent refractive index n in the thickness direction (depth direction) of the substrate 14 of the fine portion 15 in FIG. In FIG. 10B, the horizontal axis indicates the refractive index n in each region, and the vertical axis indicates the depth d from the substrate 14. This is the same structure as a single-layer antireflection film.

さらにこの微細部15の形状を図11、図12に示すような錐形状とすることで屈折率nが光学素子の表面で連続的に変化する膜と同様の作用となる(特許文献1参照)。   Further, by making the shape of the fine portion 15 into a cone shape as shown in FIGS. 11 and 12, the same effect as a film in which the refractive index n continuously changes on the surface of the optical element is obtained (see Patent Document 1). .

このような微細部15を表面に持つ光学素子の製法として、成形用金型の表面に該微細部15を形成し、その型でプラスチック樹脂などを成形するものが知られている(特許文献2参照)。   As a method of manufacturing an optical element having such a fine portion 15 on the surface, a method is known in which the fine portion 15 is formed on the surface of a molding die, and a plastic resin or the like is molded with the die (Patent Document 2). reference).

また金型の表面に微細凹凸のレジストパターンを形成した後、反応性イオンエッチングなどの異方性エッチングを施し、レジストパターンを除去して微細部を作製する方法も提案されている。(特許文献1参照)。   In addition, a method has been proposed in which after forming a fine uneven resist pattern on the surface of a mold, anisotropic etching such as reactive ion etching is performed to remove the resist pattern to produce a fine portion. (See Patent Document 1).

或いは陽極酸化ポーラスアルミナとエッチングを繰り返すことで、擬似円錐形状を型に形成する方法なども知られている(特許文献3参照)。   Alternatively, a method of forming a pseudo-conical shape into a mold by repeating anodized porous alumina and etching is also known (see Patent Document 3).

その他に前述したような周期構造ではなく、ランダムな形状を有する反射防止構造として、ナノ微粒子を型に吹き付けることで微細部を形成する製法も提案されている(特許文献4参照)。   In addition, as a reflection preventing structure having a random shape instead of the periodic structure as described above, a manufacturing method in which a fine part is formed by spraying nanoparticles on a mold has been proposed (see Patent Document 4).

また成形状況を鑑みて光学素子として使いこなすために成形された形状の理想形状からのずれを規定する提案がなされている(特許文献5、6参照)。   In addition, in view of the molding situation, proposals have been made to regulate the deviation of the molded shape from the ideal shape to make full use as an optical element (see Patent Documents 5 and 6).

図13(a)は特許文献5に開示されている反射防止構造を有する光学素子11の拡大断面図、図13(b)は図13(a)の微細部15の厚さ方向の等価屈折率を示す説明図である。特許文献5においては成形時の転写率を70%以上に規定することで、理想的な錐形状で得られる反射防止性能からの光学性能の劣化を低減している。   13A is an enlarged cross-sectional view of the optical element 11 having the antireflection structure disclosed in Patent Document 5, and FIG. 13B is an equivalent refractive index in the thickness direction of the fine portion 15 in FIG. 13A. It is explanatory drawing which shows. In Patent Document 5, by setting the transfer rate at the time of molding to 70% or more, deterioration of optical performance from the antireflection performance obtained with an ideal cone shape is reduced.

図14(a)は特許文献6に開示されている反射防止構造を有する光学素子11の拡大断面図、図14(b)は図14(a)の微細部15の厚さ方向の等価屈折率を示す説明図である。特許文献6においては理想的な錐形状から先端が欠けた形状にすることで型の微細凹部への樹脂の充填性(転写性)を改善している。   14A is an enlarged cross-sectional view of the optical element 11 having an antireflection structure disclosed in Patent Document 6, and FIG. 14B is an equivalent refractive index in the thickness direction of the fine portion 15 in FIG. It is explanatory drawing which shows. In Patent Document 6, the filling property (transferability) of the resin into the fine concave portion of the mold is improved by changing the shape from an ideal cone shape to a shape with a missing tip.

図14(a)における光学素子11は微細部15の先端が欠けた形状なので、空気との界面に屈折率の不連続部が形成され、フレネル反射が発生する。   Since the optical element 11 in FIG. 14A has a shape in which the tip of the fine portion 15 is missing, a discontinuous portion of the refractive index is formed at the interface with air, and Fresnel reflection occurs.

このように上記従来の特許文献5、6では、成形の困難さから理想的な錐形状を得ることができない状況において比較的、光学性能の劣化がないような形状を規定している。
特開2001−272505号公報 特開昭62−96902号公報 特開2005−156695号公報 特開2002−286906号公報 特開2004−287238号公報 特開2005−173457号公報 Applied Optics,Vol.25,No.24,pp4562−4567,(1986)
As described above, in Patent Documents 5 and 6 described above, a shape in which optical performance is not relatively deteriorated in a situation where an ideal cone shape cannot be obtained due to difficulty in molding is specified.
JP 2001-272505 A JP-A-62-96902 JP 2005-156695 A JP 2002-286906 A JP 2004-287238 A JP 2005-173457 A Applied Optics, Vol. 25, no. 24, pp 4562-4567, (1986)

微細凹凸構造より成る微細部を複数個、基板上に形成して高性能な反射防止特性を得るには、微細部の形状や基板上への配置条件等、適切に設定することが重要である。   In order to obtain a high-performance antireflection characteristic by forming a plurality of fine parts having a fine concavo-convex structure on a substrate, it is important to appropriately set the shape of the fine parts and the arrangement conditions on the substrate. .

また微細部の形状としては成形が容易であることが重要である。微細部の構成が適切でないとフレネル反射が増加したり、不要な回折光が生じ、反射特性が低下してくる。また微細部の製造が難しく、微細部の形状が設計形状より外れると良好なる反射防止効果が得られなくなってくる。   Further, it is important that the shape of the fine portion is easy to mold. If the structure of the fine portion is not appropriate, Fresnel reflection increases or unnecessary diffracted light is generated, and the reflection characteristics deteriorate. In addition, it is difficult to manufacture the fine portion, and if the shape of the fine portion deviates from the design shape, a good antireflection effect cannot be obtained.

本発明は成形などの製造上の難易度を上げることなく高性能の反射防止性を有する光学素子の提供を目的とする。さらに本発明の光学素子を光学系に用いることで不要な回折光やフレア光が発生しない良好な光学性能を有する光学系の提供を目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical element having high performance antireflection without increasing the manufacturing difficulty such as molding. It is another object of the present invention to provide an optical system having good optical performance that does not generate unnecessary diffracted light or flare light by using the optical element of the present invention in the optical system.

請求項1の発明の光学素子は、
基板と、前記基板面上に設けられた凸部又は凹部を有する複数の微細部とを有し、反射防止性を有する光学素子であって、
前記複数の微細部が配置される周期が、使用光の任意の波長の1/4倍以上1倍以下の周期であり、
前記複数の微細部のうち第1の微細部が、前記複数の微細部のうち第2の微細部に対して前記基板の厚さ方向にシフトしていることを特徴としている。
The optical element of the invention of claim 1 comprises:
An optical element having a substrate and a plurality of fine portions having convex portions or concave portions provided on the substrate surface and having antireflection properties,
The period in which the plurality of fine portions are arranged is a period that is not less than 1/4 times and not more than 1 time of an arbitrary wavelength of the used light,
The first fine portion among the plurality of fine portions is shifted in the thickness direction of the substrate with respect to the second fine portion among the plurality of fine portions.

請求項2の発明は請求項1の発明において、
前記微細部は、凹凸形状が反転した形状を金型上に形成し、該金型を用いて成形転写されたものであることを特徴としている。
The invention of claim 2 is the invention of claim 1,
The fine portion is formed by forming a shape having an inverted concavo-convex shape on a mold, and molding and transferring using the mold.

請求項3の発明は請求項1の発明において、
前記微細部の高さは、使用する光の波長の任意波長の1/5以上であることを特徴としている。
The invention of claim 3 is the invention of claim 1,
The height of the fine portion is characterized by being 1/5 or more of an arbitrary wavelength of light used.

請求項4の発明は請求項1の発明において、
前記第1の微細部を前記基板の厚さ方向にシフトさせる範囲は、前記微細部の高さの1/10以上1/2以下の範囲であることを特徴としている。
The invention of claim 4 is the invention of claim 1,
The range in which the first fine portion is shifted in the thickness direction of the substrate is a range of 1/10 to 1/2 of the height of the fine portion.

請求項5の発明は請求項1の発明において、
前記第1の微細部を前記基板の厚さ方向にシフトさせる範囲は、使用する光の波長の任意波長の1/40以上1/8以下の範囲であることを特徴としている。
The invention of claim 5 is the invention of claim 1,
The range in which the first fine portion is shifted in the thickness direction of the substrate is a range from 1/40 to 1/8 of an arbitrary wavelength of light to be used.

請求項6の発明は請求項1の発明において、
前記微細部の前記基板の厚さ方向にシフトしている第1の微細部の周期Paは、該微細部が形成された該基板の面内方向において、該微細部の周期Pより大きいことを特徴としている。
The invention of claim 6 is the invention of claim 1,
The period Pa of the first fine part shifted in the thickness direction of the substrate of the fine part is larger than the period P of the fine part in the in-plane direction of the substrate on which the fine part is formed. It is a feature.

請求項7の発明は請求項6の発明において、
前記微細部の前記基板の厚さ方向にシフトしている第1の微細部の周期Paは、該微細部が形成された該基板の面内方向において、使用する光の波長の任意波長以下であることを特徴としている。
The invention of claim 7 is the invention of claim 6,
The period Pa of the first fine part shifted in the thickness direction of the substrate of the fine part is equal to or less than an arbitrary wavelength of the wavelength of light used in the in-plane direction of the substrate on which the fine part is formed. It is characterized by being.

請求項8の発明は請求項1の発明において、
前記複数の微細部は、その周期Pに対する高さdの比d/Pに比べて、一部の微細部を前記基板の厚さ方向にシフトさせる周期Paに対するシフト量daの比da/Paが小さいことを特徴としている。
The invention of claim 8 is the invention of claim 1,
The plurality of fine portions have a ratio da / Pa of a shift amount da to a cycle Pa that shifts some of the fine portions in the thickness direction of the substrate as compared with a ratio d / P of a height d to the cycle P. It is small.

請求項9の発明は請求項1、3又は5の発明において、
前記使用する光は可視光であることを特徴としている。
The invention of claim 9 is the invention of claim 1, 3 or 5,
The light to be used is visible light.

請求項10の発明の光学系は、
請求項1から9に記載の光学素子を用いたことを特徴としている。
The optical system of the invention of claim 10 is
The optical element according to claim 1 is used.

本発明によれば成形などの製造上の難易度を上げることなく高性能の反射防止性を有する光学素子を達成することができる。さらに本発明によれば上記光学素子を光学系に用いることで不要な回折光やフレア光が発生しない良好な光学性能を有する光学系を達成することができる。   According to the present invention, an optical element having high performance antireflection properties can be achieved without increasing the difficulty in manufacturing such as molding. Furthermore, according to the present invention, by using the optical element in the optical system, it is possible to achieve an optical system having good optical performance that does not generate unnecessary diffracted light or flare light.

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の実施例1の反射防止性(反射防止構造)を有する光学素子の要部斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view of an essential part of an optical element having antireflection properties (antireflection structure) according to Example 1 of the present invention.

同図において1は光学素子であり、プラスチック樹脂又は紫外線硬化樹脂からなり、基板4上の表面(光入出射面)には、凸部または凹部より成る複数の微細部(微細凹凸形状)5を設けた領域(微細凹凸領域)3が形成されている。   In the figure, reference numeral 1 denotes an optical element, which is made of a plastic resin or an ultraviolet curable resin, and has a plurality of fine portions (fine concavo-convex shape) 5 formed of convex portions or concave portions on the surface (light incident / exit surface) on the substrate 4. The provided region (fine uneven region) 3 is formed.

微細部5の周期(間隔)Pが、入射する光の波長λより短い場合、垂直入射において±1次以上の反射回折光は発生せず、0次反射回折光のみとなる。本実施例の光学素子1では透過光を利用するのが一般的なので透過光においても回折が発生しないのが望ましい。その場合は、微細部5の周期Pが入射する光の波長λの1/(n2)以下であれば垂直に入射した透過光も0次透過回折光のみとなる。   When the period (interval) P of the fine portion 5 is shorter than the wavelength λ of incident light, ± 1st-order or higher-order reflected diffracted light is not generated at normal incidence, and only 0th-order reflected diffracted light is generated. Since the optical element 1 of this embodiment generally uses transmitted light, it is desirable that diffraction does not occur in the transmitted light. In that case, if the period P of the fine portion 5 is 1 / (n2) or less of the wavelength λ of the incident light, the vertically incident transmitted light is only the 0th-order transmitted diffracted light.

さらにレンズなどの光学素子には、垂直入射光だけではなく、様々な入射角で光が入射する。この場合は、 前述の(1)式より透過、反射回折光が発生しないように微細部5の周期Pを決定すれば良い。   Furthermore, not only vertically incident light but also light is incident on optical elements such as lenses at various incident angles. In this case, the period P of the fine portion 5 may be determined so that transmitted and reflected diffracted light is not generated from the above-described equation (1).

例えば波長400〜700nmの可視光を用いる場合、前述した回折光が発生しない場合の微細部5の周期Pは400nm以下であることが必要である。さらには透過回折光や特定の入射角で入射する光に対する回折光が発生しないようにするには、周期Pは200nm以下であることが好ましい。   For example, when visible light having a wavelength of 400 to 700 nm is used, the period P of the fine portion 5 when the above-described diffracted light is not generated needs to be 400 nm or less. Furthermore, in order to prevent generation of diffracted light with respect to transmitted diffracted light or light incident at a specific incident angle, the period P is preferably 200 nm or less.

本実施例における複数の微細部5は隣り合う凸部または凹部の周期Pが使用する光の波長の任意波長λの1/4倍以上1倍以下の範囲で設けられており、入射光が透過及び反射する際に0次以外の回折光が発生しないように、その周期Pが決定されている。尚、使用する光の波長(以下、「使用波長」と称す。)λは可視光の波長400〜700nmの範囲内の波長である。   In the present embodiment, the plurality of fine portions 5 are provided in the range of 1/4 to 1 times the arbitrary wavelength λ of the wavelength of light used by the period P of adjacent convex portions or concave portions, and the incident light is transmitted therethrough. In addition, the period P is determined so that diffracted light other than the 0th order is not generated during reflection. The wavelength of light used (hereinafter referred to as “use wavelength”) λ is a wavelength within the range of visible light wavelength 400 to 700 nm.

また本実施例における複数の微細部50のうち一部の微細部(第1の微細部)は、他の微細部(第2の微細部)に対して基板4の厚さ方向(深さ方向)で、幅daの範囲内でシフトするように構成されている。微細部5の凸部または凹部の基板4からの高さdは使用波長λの1/5以上で形成されている。   In addition, some fine portions (first fine portions) among the plurality of fine portions 50 in the present embodiment are in the thickness direction (depth direction) of the substrate 4 with respect to other fine portions (second fine portions). ) In the range of the width da. The height d of the convex portion or concave portion of the fine portion 5 from the substrate 4 is formed to be 1/5 or more of the operating wavelength λ.

ここで第1、第2の微細部は各々単一または複数の微細部5より成っている。   Here, each of the first and second fine portions is composed of a single or a plurality of fine portions 5.

この微細部5の凹凸形状(凸部または凹部の形状)は、錐形状または釣鐘形状よりなり、その形状のパターンが図1におけるxy方向に周期的に配列された構造より成っている。   The concavo-convex shape of the fine portion 5 (the shape of the convex portion or the concave portion) is a cone shape or a bell shape, and has a structure in which a pattern of the shape is periodically arranged in the xy direction in FIG.

本実施例では、これによりフレネル反射が大幅に低減され、通常の薄膜より優れた反射防止効果が得られる。この微細部5の高さdは高い方が、なだらかに屈折率nが変化する膜となるため好ましく、使用する光の波長λの1/5倍以上とし、反射防止として機能させている。   In this embodiment, Fresnel reflection is thereby greatly reduced, and an antireflection effect superior to that of a normal thin film can be obtained. A higher height d of the fine portion 5 is preferable because the refractive index n changes gently, and is preferably 1/5 or more of the wavelength λ of the light to be used, and functions as an antireflection.

また微細部5の形状としては、錐形状または釣鐘形状とすることで図9に示した1次元格子形状と異なり、等価屈折率の偏光依存性を低減でき、反射防止などの応用には好ましい。またこの場合の微細部5の周期Pは、前述の(1)式を2次元格子に拡張した式を用いればよく、2次元格子へ入射した光が0次回折光以外発生しないように格子周期Pを決定すればよい。   The shape of the fine part 5 is preferably a cone shape or a bell shape, unlike the one-dimensional lattice shape shown in FIG. 9, so that the polarization dependence of the equivalent refractive index can be reduced, which is preferable for applications such as antireflection. In this case, the period P of the fine portion 5 may be an expression obtained by extending the above-described expression (1) to a two-dimensional grating, and the grating period P is set so that light incident on the two-dimensional grating is not generated except for the 0th-order diffracted light. Can be determined.

またこの微細部5は、凹凸形状が反転した形状を金型上に形成し、該金型を用いて成形転写されている。   In addition, the fine portion 5 is formed and transferred using a mold having a shape in which the uneven shape is reversed formed on a mold.

尚、微細部5は基板4と同一材料であっても良い。   The fine part 5 may be made of the same material as the substrate 4.

この製法では、光学素子1の成形と同時に反射防止構造を形成することが可能となるため、通常の薄膜の反射防止膜と異なり、反射防止処理を施す追加の工程がなくなり製造が容易となる。   In this manufacturing method, an antireflection structure can be formed simultaneously with the molding of the optical element 1, so that unlike an ordinary thin antireflection film, there is no additional process for applying an antireflection treatment, and the manufacture is facilitated.

微細部5の凹凸形状は、釣鐘形状に限ることはない。例えば図9に示す1次元周期構造の場合は、三角形状、台形形状、矩形形状等であっても良い。また2次元周期構造の場合は、円錐形状、円錐台形状、四角錘形状、円柱形状等であっても良い。   The uneven shape of the fine portion 5 is not limited to the bell shape. For example, in the case of the one-dimensional periodic structure shown in FIG. 9, it may be triangular, trapezoidal, rectangular or the like. In the case of a two-dimensional periodic structure, a conical shape, a truncated cone shape, a quadrangular pyramid shape, a cylindrical shape, or the like may be used.

さらに2次元周期構造の場合、複数の微細部5の配列も図1に示したxy方向に周期を持つ配列の他に三角配列などの配列であっても良い。また周期も図1に示したようにxy方向で同じにする必要は無い。例えばレンズや平行平面板などの透過型の光学素子の表面(曲面や平面)に反射防止機能を付加した光学素子として用いる場合には、該光学素子への入射角の変化に応じて場所毎やxy方向で別々な周期で設定しても良い。   Furthermore, in the case of a two-dimensional periodic structure, the arrangement of the plurality of fine portions 5 may be an arrangement such as a triangular arrangement in addition to the arrangement having a period in the xy direction shown in FIG. Further, the period need not be the same in the xy directions as shown in FIG. For example, when used as an optical element with an antireflection function added to the surface (curved surface or flat surface) of a transmissive optical element such as a lens or a plane-parallel plate, You may set with a separate period in xy direction.

次に本実施例の光学素子1の特徴について図2(a),(b)を用いて説明する。   Next, the characteristics of the optical element 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図2(a)は図1の光学素子のyz平面での断面形状を表わす模式図(拡大断面図)である。図2(b)は図2(a)で示した断面形状の厚さ方向の等価屈折率を表わす説明図である。   FIG. 2A is a schematic diagram (enlarged sectional view) showing a sectional shape of the optical element in FIG. 1 on the yz plane. FIG. 2B is an explanatory diagram showing the equivalent refractive index in the thickness direction of the cross-sectional shape shown in FIG.

本実施例では図2(a)に示すように周期P、高さ(深さ)dの構造より成る複数の微細部5を、幅(シフト量)da、周期Paで厚さ方向にシフトさせている。これにより図2(b)に示すように等価屈折率の変化する領域の幅がDとなる。微細部5をシフトさせない場合の等価屈折率の変化する領域の幅は、微細部5の高さdとなるので、それに対しては本実施例では等価屈折率の変化する領域の幅Dが広がっている。つまり、よりなだらかに等価屈折率が変化していることとなる。そして屈折率の変化する幅が増える程、反射防止効果は改善される。また、本実施例の効果は、屈折率の変化する幅を微細部5だけで達成しようとした場合、微細部5の高さdをDまで高くすることと等価である。微細部の高さを高くすることは、微細形状が尖ってくることを意味している。そのため、前述したような型に微細凹凸形状を製作し、プラスチック樹脂などを成形することで光学素子を得ようとした場合、転写性や離型性が困難となる方向である。本実施例は、微細部の形状を変えずに屈折率の変化する幅を増やせるので、高性能な反射防止性能を得るのに適している。さらに、高性能な反射防止特性を得るためには図2(a)、(b)に示すように領域(微細凹凸領域)3の屈折率変化が、厚さ方向に線形に変化するのが望ましい。   In this embodiment, as shown in FIG. 2A, a plurality of fine portions 5 having a structure of period P and height (depth) d are shifted in the thickness direction with width (shift amount) da and period Pa. ing. As a result, the width of the region where the equivalent refractive index changes becomes D as shown in FIG. When the fine portion 5 is not shifted, the width of the region where the equivalent refractive index changes is the height d of the fine portion 5, and in this embodiment, the width D of the region where the equivalent refractive index changes is widened. ing. That is, the equivalent refractive index changes more gently. The antireflection effect is improved as the width of change of the refractive index increases. Further, the effect of this embodiment is equivalent to increasing the height d of the fine portion 5 to D when the width of change in the refractive index is to be achieved only by the fine portion 5. Increasing the height of the fine part means that the fine shape becomes sharp. For this reason, when an optical element is obtained by producing a fine uneven shape on the mold as described above and molding a plastic resin or the like, transferability and releasability are difficult. Since this embodiment can increase the width of change in refractive index without changing the shape of the fine portion, it is suitable for obtaining high-performance antireflection performance. Further, in order to obtain a high-performance antireflection characteristic, it is desirable that the refractive index change of the region (fine uneven region) 3 linearly changes in the thickness direction as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). .

次に本実施例の特徴である第1の微細部のシフトのさせ方について説明する。   Next, a method of shifting the first fine part, which is a feature of the present embodiment, will be described.

図2では第1の微細部が複数の微細部5より成っている場合の周期Paを示している。第1の微細部が単一の微細部5より成っていても良い。   FIG. 2 shows a period Pa in the case where the first fine portion is composed of a plurality of fine portions 5. The first fine part may be composed of a single fine part 5.

最初に第1の微細部の厚さ方向のシフト量daについて説明する。図3は等価屈折率の変化する領域の幅Dを変化させた場合の反射防止性能(幅Dと反射率との関係)を示したグラフである。図3において横軸は可視域の波長を表わし、縦軸は光学素子の反射率を表わしている。   First, the shift amount da in the thickness direction of the first fine portion will be described. FIG. 3 is a graph showing the antireflection performance (relationship between the width D and the reflectance) when the width D of the region where the equivalent refractive index changes is changed. In FIG. 3, the horizontal axis represents the wavelength in the visible range, and the vertical axis represents the reflectance of the optical element.

本実施例において光は光学素子面に垂直に入射するとし、入射側の媒質n1を空気、射出側の媒質n2をPMMA(ポリメタクリル酸メチル)とする。そして格子周期Pは等価屈折率が成り立つだけ十分小さいとし、等価屈折率の変化する領域の幅Dの等価屈折率が図2(b)に示すように厚さ方向に線形に変化するものとしている。図3におけるグラフは等価屈折率の変化する領域の幅Dを0、100、150、200、250nmの深さにしたときの波長に対する反射率を表わしている。等価屈折率の変化する領域の幅Dが0nmとは微細部5がない場合で、表面でフレネル反射が発生している。図3より等価屈折率の変化する領域の幅Dが100nm以上あれば、十分な反射防止特性が得られていることが分かる。また等価屈折率の変化する領域の幅Dが100nmから150nm、150nmから200nmへ増えると反射率が1/2以上低減していることが分かる。   In this embodiment, it is assumed that light is incident perpendicularly to the optical element surface, and the medium n1 on the incident side is air, and the medium n2 on the emission side is PMMA (polymethyl methacrylate). The grating period P is sufficiently small so that the equivalent refractive index is established, and the equivalent refractive index of the width D of the region where the equivalent refractive index changes is linearly changed in the thickness direction as shown in FIG. . The graph in FIG. 3 represents the reflectance with respect to the wavelength when the width D of the region where the equivalent refractive index changes is set to a depth of 0, 100, 150, 200, and 250 nm. The width D of the region where the equivalent refractive index changes is 0 nm when there is no fine portion 5 and Fresnel reflection occurs on the surface. It can be seen from FIG. 3 that if the width D of the region where the equivalent refractive index changes is 100 nm or more, sufficient antireflection characteristics are obtained. It can also be seen that the reflectance is reduced by more than 1/2 when the width D of the region where the equivalent refractive index changes increases from 100 nm to 150 nm and from 150 nm to 200 nm.

図4は図3と同様の光学素子の構成で横軸を等価屈折率の変化する領域の幅Dとしたグラフである。可視域の波長400、550、700nmでの反射率を表わしている。いずれの波長でも極小値と極大値を繰り返しながら等価屈折率の変化する領域の幅Dが深くなるほど反射率は低減している。特に等価屈折率の変化する領域の幅Dが100nmから200nmで反射率の低減は顕著である。この範囲では等価屈折率の変化する領域の幅Dがわずか20nm増加しただけで反射防止特性は0.5から0.7%程度低減する。例えば形状としては微細部5の高さdを100nmとし、シフト量daを20nmにすれば、等価屈折率の変化する領域の幅Dとしては120nmの範囲で屈折率nが変化していることとなる。微細部5の高さdとシフト量daの組み合わせは、様々な組み合わせを考えることができる。   FIG. 4 is a graph in which the horizontal axis is the width D of the region where the equivalent refractive index changes in the same optical element configuration as in FIG. The reflectance at wavelengths 400, 550, and 700 nm in the visible range is shown. The reflectance decreases as the width D of the region where the equivalent refractive index changes while the minimum value and the maximum value are repeated at any wavelength. In particular, when the width D of the region where the equivalent refractive index changes is 100 nm to 200 nm, the reduction of the reflectance is remarkable. In this range, the antireflection characteristic is reduced by about 0.5 to 0.7% just by increasing the width D of the region where the equivalent refractive index changes by only 20 nm. For example, if the height d of the fine portion 5 is 100 nm and the shift amount da is 20 nm, the refractive index n changes within the range of 120 nm as the width D of the region where the equivalent refractive index changes. Become. Various combinations of the height d of the fine portion 5 and the shift amount da can be considered.

製造上の難易度を悪化させずに反射防止特性を改善するためには、シフト量(第1の微細部を厚さ方向にシフトさせる範囲)daを微細部5の高さdの1/10以上1/2以下の範囲とすることが望ましい。   In order to improve the antireflection characteristic without deteriorating the manufacturing difficulty, the shift amount (range in which the first fine portion is shifted in the thickness direction) da is reduced to 1/10 of the height d of the fine portion 5. It is desirable to be in the range of 1/2 or less.

微細部5の高さdに対しシフト量daが1/10以下だと反射防止特性の改善効果が少なく好ましくない。またシフト量daが1/2以上だとシフトさせる形状が製造に与える影響が大きくなってしまうので好ましくない。また後述するように第1の微細部をシフトさせる周期Paによっては0次回折光以外の不要回折光の強度が強くなるなど、反射防止特性以外の光学性能への悪影響が大きくなる。   If the shift amount da is 1/10 or less with respect to the height d of the fine portion 5, the effect of improving the antireflection characteristic is small, which is not preferable. Further, if the shift amount da is ½ or more, the influence of the shape to be shifted on the manufacturing becomes large, which is not preferable. Also, as will be described later, depending on the period Pa for shifting the first fine portion, the adverse effect on the optical performance other than the antireflection characteristic is increased, for example, the intensity of unnecessary diffracted light other than the 0th order diffracted light becomes strong.

次に第1の微細部を厚さ方向にシフトさせる周期Pa(図2参照)について説明する。   Next, the period Pa (see FIG. 2) for shifting the first fine portion in the thickness direction will be described.

まず微細部5の周期Pと高さdの比d/Pをアスペクト比Rdと定義する。このアスペクト比Rdに対し、第1の微細部を厚さ方向にシフトさせる周期Paとシフト量daの比da/Paをアスペクト比RDと定義する。   First, the ratio d / P between the period P of the fine part 5 and the height d is defined as the aspect ratio Rd. For this aspect ratio Rd, the ratio da / Pa between the period Pa for shifting the first fine portion in the thickness direction and the shift amount da is defined as the aspect ratio RD.

本実施例では微細部5に起因する成形などの製造上の難易度を上げることなく、高性能の反射防止構造を有する光学素子を実現することである。そのため、Rd≧RDとなるようにシフトさせる周期Paとシフト量daを決定することが必要である。そうでないとシフトさせたことにより微細部5よりもアスペクト比の高い構造を成形することが必要となり、製造上の難易度が増加する。   In this embodiment, an optical element having a high-performance antireflection structure is realized without increasing the manufacturing difficulty such as molding caused by the fine portion 5. Therefore, it is necessary to determine the period Pa and the shift amount da to be shifted so that Rd ≧ RD. Otherwise, it is necessary to form a structure having an aspect ratio higher than that of the fine part 5 due to the shift, and the difficulty in manufacturing increases.

本実施例では図2(a)に示したように第1の微細部を厚さ方向にシフトさせる周期Paの値を、微細部5が形成された素子面の面内方向において、該微細部5の周期Pより大きくなるように設定している。ここで周期Paが周期Pより大きな場合の特性について説明する。   In this embodiment, as shown in FIG. 2A, the value of the period Pa for shifting the first fine portion in the thickness direction is set in the in-plane direction of the element surface on which the fine portion 5 is formed. It is set to be larger than the period P of 5. Here, characteristics when the period Pa is larger than the period P will be described.

背景技術の欄でも説明したように微細部5の周期Pは0次回折光が発生しないように決定している。即ち、周期Pが入射する光の波長より短くなるように設定している。それに対しシフトさせる周期Paの値が使用波長より大きい場合、入射角などの条件によっては0次回折光以外の回折光が発生する。即ち、シフトさせる周期Paが使用波長より大きくなると、さらに高次の回折光が発生する。よって反射防止特性を持つ光学素子としてはシフトさせる第1の微細部の周期Paは微細部5が形成された素子面の面内方向において、使用波長以下であることが好ましい。   As described in the background art section, the period P of the fine portion 5 is determined so that the 0th-order diffracted light is not generated. That is, the period P is set to be shorter than the wavelength of incident light. On the other hand, when the value of the period Pa to be shifted is larger than the used wavelength, diffracted light other than the 0th-order diffracted light is generated depending on conditions such as the incident angle. That is, when the period Pa to be shifted becomes larger than the use wavelength, higher-order diffracted light is generated. Therefore, as an optical element having antireflection characteristics, the period Pa of the first fine portion to be shifted is preferably equal to or less than the use wavelength in the in-plane direction of the element surface on which the fine portion 5 is formed.

また上述したようにシフト量daを大きくするのが高性能な反射防止特性を得る上では好ましいが、シフト量daが大きくなりすぎると回折光の強度が大きくなるので光学素子としては好ましくない。   As described above, increasing the shift amount da is preferable for obtaining high-performance antireflection characteristics. However, if the shift amount da is too large, the intensity of diffracted light increases, which is not preferable as an optical element.

尚、第1の微細部のシフトの周期Paは、微細部5が形成された素子面の面内方向において、周期的でも、あるいはランダムであっても良い。   Note that the shift period Pa of the first fine part may be periodic or random in the in-plane direction of the element surface on which the fine part 5 is formed.

図5に0次回折光以外の透過回折光が発生する周期での0次透過率を示す。図5において横軸は波長、縦軸は0次透過率を表わしており、微細部5のシフト量daと0次透過光との関係を示している。0次透過率は全透過光量の中で0次透過光の占める割合である。第1の微細部のシフト量daは図5に示すように正弦波形状にシフトさせ、その振幅(シフト量)daを10、20、50、75nmと変化させている。シフト量daが大きくなるほど、0次透過率が低下していることが分かる。   FIG. 5 shows the 0th-order transmittance in a period in which transmitted diffracted light other than the 0th-order diffracted light is generated. In FIG. 5, the horizontal axis represents the wavelength, and the vertical axis represents the zeroth-order transmittance, and shows the relationship between the shift amount da of the fine portion 5 and the zeroth-order transmitted light. The 0th-order transmittance is the ratio of the 0th-order transmitted light in the total transmitted light amount. The shift amount da of the first fine portion is shifted in a sine wave shape as shown in FIG. 5, and the amplitude (shift amount) da is changed to 10, 20, 50, and 75 nm. It can be seen that the 0th-order transmittance decreases as the shift amount da increases.

図5からシフト量daは50nm以下であることが好ましい。より正確には短波長側の低下が顕著なので、シフト量daは、短波長側の波長の1/8以下の範囲であることが好ましい。望ましくは使用波長の1/40以上1/8以下の範囲が良い。   From FIG. 5, the shift amount da is preferably 50 nm or less. More precisely, since the decrease on the short wavelength side is significant, the shift amount da is preferably in the range of 1/8 or less of the wavelength on the short wavelength side. Desirably, the range of 1/40 to 1/8 of the wavelength used is good.

実際は光学系の中に本実施例の光学素子を用いた場合における0次以外の回折光の振る舞いを調べ、0次以外の回折光の許容量を決定してあげればよい。   In practice, the behavior of diffracted light other than the 0th order when the optical element of this embodiment is used in the optical system may be examined to determine the allowable amount of diffracted light other than the 0th order.

図6は図5と同様のグラフであり、第1の微細部のシフトのさせ方を図6に示すように矩形形状とした場合である。この場合もシフト量daが大きくなるほど0次透過率が低下していることが分かる。図5、図6より第1の微細部のシフトのさせ方によって0次透過率の低下具合は変化することが分かる。   FIG. 6 is a graph similar to FIG. 5, in which the first fine portion is shifted in a rectangular shape as shown in FIG. 6. Also in this case, it can be seen that the zero-order transmittance decreases as the shift amount da increases. 5 and 6, it can be seen that the degree of decrease in the 0th-order transmittance varies depending on how the first fine portion is shifted.

図5、図6に示したように第1の微細部を面内方向に周期的にシフトをさせると0次回折光の低下分は別の次数の回折光となってしまう。光学系の構成によっては特定の回折次数の光が光学系の評価面上に結像するなど強いフレア光となり、光学性能を悪化させることが考えられる。そのような場合は第1の微細部を周期構造を持たせずに面内方向(厚さ方向)にランダムにシフトさせることで特定の回折次数への集中を抑制でき好ましい。   As shown in FIGS. 5 and 6, when the first fine portion is periodically shifted in the in-plane direction, the decrease in the 0th-order diffracted light becomes diffracted light of another order. Depending on the configuration of the optical system, it is conceivable that light of a specific diffraction order forms strong flare light, for example, forms an image on the evaluation surface of the optical system, and deteriorates optical performance. In such a case, it is preferable that the first fine portion is randomly shifted in the in-plane direction (thickness direction) without having a periodic structure, so that concentration to a specific diffraction order can be suppressed.

本実施例は上述した如く第1の微細部を厚さ方向に特定の範囲でシフトさせることである。従って面内方向のシフトのさせ方については周期性を有していても、ランダムでも、或いはその中間でも良く、特に限定しない。   In this embodiment, as described above, the first fine portion is shifted in a specific range in the thickness direction. Therefore, the method of shifting in the in-plane direction may be periodic, random or intermediate, and is not particularly limited.

このように本実施例では上述した如く微細部5だけで得られる等価屈折率の変化領域に対し、実際の変化領域を増やすことができ、これにより、より広い等価屈折率の変化領域を得ることができる。これは微細部単独で深さを深くしたことと等価であり、高性能な反射防止特性が得られることとなる。   As described above, in this embodiment, the actual change region can be increased with respect to the change region of the equivalent refractive index obtained only by the fine portion 5 as described above, thereby obtaining a wider change region of the equivalent refractive index. Can do. This is equivalent to increasing the depth of the fine part alone, and high-performance antireflection characteristics can be obtained.

一方、1つ1つの微細部5を厚さ方向にシフトさせているだけなので、該微細部5に起因する成形などの製造上の難易度は悪化しない。   On the other hand, since each fine part 5 is only shifted in the thickness direction, the difficulty in manufacturing such as molding caused by the fine part 5 does not deteriorate.

ここまで第1の微細部をシフトさせる量と面内方向の周期分布について、具体的にはシフト量daとシフトさせる周期Paについて説明してきた。   So far, the shift amount of the first fine portion and the periodic distribution in the in-plane direction have been described specifically, the shift amount da and the shift cycle Pa.

ここで第1の微細部をシフトさせる形状(図5、図6で示した正弦波や矩形波など)について説明する。   Here, the shape (such as the sine wave or rectangular wave shown in FIGS. 5 and 6) for shifting the first fine portion will be described.

シフトさせる形状は第1の微細部を特定の範囲でシフトさせた場合の等価屈折率の変化具合が、所望の光学特性となるように決定してあげればよい。理想的には上記図2(b)で示したように厚さ方向に等価屈折率が線形に変化するように第1の微細部の形状と、シフト形状を決定すればよい。これは微細部5の周期P或いはシフトさせる周期Paの大きな値の方の周期内で、媒質n1と媒質n2の体積比率による等価屈折率を求めることで決定できる。シフトさせる形状がランダムな形状である場合は、充分にランダムと見なせる領域で同様な等価屈折率の分布を求めれば良い。   The shape to be shifted may be determined so that the degree of change in the equivalent refractive index when the first fine portion is shifted within a specific range has desired optical characteristics. Ideally, the shape of the first fine portion and the shift shape may be determined so that the equivalent refractive index changes linearly in the thickness direction as shown in FIG. This can be determined by obtaining an equivalent refractive index based on the volume ratio of the medium n1 and the medium n2 within the period of the larger value of the period P of the fine part 5 or the period Pa to be shifted. If the shape to be shifted is a random shape, a similar equivalent refractive index distribution may be obtained in a sufficiently random region.

また作成した光学素子については、例えば分光エリプソメトリ法などで十分に均一であると見なせる評価領域の等価屈折率を解析すればよい。   For the created optical element, the equivalent refractive index of the evaluation region that can be regarded as sufficiently uniform may be analyzed by, for example, spectroscopic ellipsometry.

次に本発明の反射防止構造を有する光学素子を作成するための金型の製造方法の一例について説明する。   Next, an example of the manufacturing method of the metal mold | die for producing the optical element which has the reflection preventing structure of this invention is demonstrated.

まず金型をダイヤモンドバイトなどで切削加工し、光学素子の表面形状を作成する。具体的にはレンズ面形状の光学素子であれば、レンズ面の曲面加工を行う。この際、通常の光学素子では鏡面になるように表面の粗さを少なくする。   First, the die is cut with a diamond tool to create the surface shape of the optical element. Specifically, in the case of an optical element having a lens surface shape, curved processing of the lens surface is performed. At this time, the roughness of the surface is reduced so that a normal optical element becomes a mirror surface.

本実施例では、この切削の条件を変えたりすることで金型表面に上述したシフト量に相当する粗さを残す。その後、微細部を形成する処理をこの金型に施すことで、微細部が特定の範囲でシフトした本実施例の光学素子の形状が実現できる。微細部の形成には陽極酸化ポーラスアルミナなどの製法が利用できる。或いはレジストとエッチングを用いて微細部を作成する製法においてはエッチングの条件を変えて表面をシフト量に相当する程度荒らすことで容易に達成できる。   In the present embodiment, the roughness corresponding to the shift amount described above is left on the mold surface by changing the cutting conditions. Thereafter, the shape of the optical element of the present example in which the fine part is shifted within a specific range can be realized by applying a process for forming the fine part to the mold. A method such as anodized porous alumina can be used to form the fine portion. Or in the manufacturing method which produces a fine part using a resist and etching, it can achieve easily by changing the conditions of etching and roughening the surface to the extent corresponding to the shift amount.

その他、第1の微細部をシフトさせる形状が周期を有する場合は、微細部5を作成する処理と同じ製法を使って、シフトさせる形状と微細部を2回続けて形成することで本実施例の構造を実現することができる。   In addition, when the shape to which the first fine portion is shifted has a period, this embodiment can be configured by forming the shifted shape and the fine portion twice in succession by using the same manufacturing method as the processing for creating the fine portion 5. The structure can be realized.

さらにこの金型を使って光学素子を形成する手法としては、一般的に知られているUV硬化樹脂を用いた2P成形、ホットプレス成形、樹脂のインジェクション成形などがある。   Further, as a method of forming an optical element using this mold, there are 2P molding, hot press molding, resin injection molding, etc., using generally known UV curable resins.

微細凹凸構造を有する金型を製作し、プラスチック樹脂などを成形することで、光学素子を得る方式は高性能な反射防止効果を容易に得ることができ好ましい。   A method of obtaining an optical element by manufacturing a mold having a fine concavo-convex structure and molding a plastic resin or the like is preferable because a high-performance antireflection effect can be easily obtained.

より高性能な反射防止特性を得るためには、可視光での応用を考えると微細部の周期Pは、透過反射において特定の入射角まで0次以外の回折光が発生しないように200nm以下で、より細かいことが望ましい。   In order to obtain higher-performance antireflection characteristics, considering the application with visible light, the period P of the fine portion is 200 nm or less so that diffracted light other than the 0th order is not generated up to a specific incident angle in transmission reflection. It is desirable to be finer.

一方、微細部の高さdは等価とみなされる屈折率nがより滑らかに変化するほうが高性能となるため前述の如く使用する光の波長λの1/5以上で高いほど望ましい。   On the other hand, the height d of the fine portion is preferably as high as 1/5 or more of the wavelength λ of the light used as described above, since the higher the refractive index n regarded as equivalent, the higher the performance.

図7、図8に本発明の反射防止性を有する光学素子を光学系に応用した例を示す。   7 and 8 show examples in which the optical element having antireflection properties of the present invention is applied to an optical system.

図7は本発明の反射防止性を有する光学素子をカメラの結像光学系(撮影レンズ)に用いた模式図である。図7において6は撮影レンズ部であり、内部に絞り8と前述した本発明の光学素子1を有している。図7では最も結像面7に近い光学素子(最終レンズ)の第1面(光入射面)に反射防止構造を形成している。結像面7はフィルムまたはCCDである。光学素子1は図7ではレンズ機能の光学素子であり、レンズ面の反射を抑制し、フレア光の発生を低減させている。   FIG. 7 is a schematic diagram in which the optical element having antireflection properties of the present invention is used in an imaging optical system (photographing lens) of a camera. In FIG. 7, reference numeral 6 denotes a taking lens unit, which has an aperture 8 and the above-described optical element 1 of the present invention. In FIG. 7, an antireflection structure is formed on the first surface (light incident surface) of the optical element (final lens) closest to the imaging surface 7. The image plane 7 is a film or a CCD. The optical element 1 is an optical element having a lens function in FIG. 7 and suppresses reflection of the lens surface to reduce generation of flare light.

尚、図7では反射防止性を有する光学素子1を撮影レンズ部6の最終レンズに設けているが、これに限定するものではなく、他のレンズに使用してもよく、あるいは複数枚使用しても良い。   In FIG. 7, the anti-reflection optical element 1 is provided in the final lens of the photographing lens unit 6. However, the present invention is not limited to this, and it may be used for other lenses or a plurality of lenses may be used. May be.

また本実施例では、前述の微細部を有するカメラの撮影レンズの場合を示したが、これに限定するものではない。例えばビデオカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナーやデジタル複写機のリーダーレンズなど広い波長域で使用される結像光学系に本発明の光学素子を使用しても、前述の実施例と同様の反射防止効果が得られる。   Further, in the present embodiment, the case of the photographing lens of the camera having the fine portion described above is shown, but the present invention is not limited to this. For example, even when the optical element of the present invention is used in an imaging optical system used in a wide wavelength range such as a video camera photographing lens, an office machine image scanner, or a digital copying machine reader lens, the same as in the above-described embodiments. An antireflection effect is obtained.

図8は本発明の反射防止性を有する光学素子を双眼鏡等の観察光学系に用いた模式図である。図8において9は対物レンズ部、10は像を成立させるためのプリズムであり、展開して示している。7は絞り、11は接眼レンズ部であり、内部に前述した本発明の光学素子1を有している。12は評価面(瞳面)である。   FIG. 8 is a schematic diagram in which the optical element having antireflection properties of the present invention is used in an observation optical system such as binoculars. In FIG. 8, 9 is an objective lens unit, and 10 is a prism for establishing an image, which is shown expanded. Reference numeral 7 denotes an aperture, and reference numeral 11 denotes an eyepiece. The optical element 1 of the present invention described above is included therein. Reference numeral 12 denotes an evaluation surface (pupil surface).

尚、図8では反射防止性を有する光学素子1を接眼レンズ11内に1枚設けたが、これに限定するものではなく、複数枚設けても良い。   In FIG. 8, one optical element 1 having antireflection properties is provided in the eyepiece 11, but the present invention is not limited to this, and a plurality of optical elements 1 may be provided.

また図8の観察光学系では接眼レンズ部11に本発明の光学素子1を使用した場合を示したが、これに限定するものではなく、例えばプリズム10の表面や対物レンズ部9内のレンズにも設けることができ、この場合も前述の実施例と同様の効果が得られる。   8 shows the case where the optical element 1 of the present invention is used for the eyepiece unit 11 in the observation optical system. However, the present invention is not limited to this. For example, the surface of the prism 10 or a lens in the objective lens unit 9 is used. In this case, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained.

また本実施例では双眼鏡の場合を示したが、これに限定するものではない。本発明の光学素子は地上望遠鏡や天体観測用望遠鏡等の観察光学系にも適用して同様の効果が得られる。またレンズシャッターカメラやビデオカメラなどの光学式のファインダーに適用しても前述の実施例と同様の効果が得られる。   In the present embodiment, binoculars are shown, but the present invention is not limited to this. The optical element of the present invention can be applied to observation optical systems such as a terrestrial telescope and an astronomical observation telescope, and the same effect can be obtained. Further, even when applied to an optical viewfinder such as a lens shutter camera or a video camera, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.

本発明の実施例1の反射防止構造を有する光学素子の拡大斜視図1 is an enlarged perspective view of an optical element having an antireflection structure according to Embodiment 1 of the present invention. 図1の光学素子の拡大断面図と等価屈折率を表す図FIG. 1 is an enlarged sectional view of the optical element in FIG. 1 and a diagram showing an equivalent refractive index. 図2の等価屈折率の変化する領域の幅と反射率との関係を示すグラフ2 is a graph showing the relationship between the width of the region where the equivalent refractive index changes in FIG. 2 and the reflectance. 図2の等価屈折率の変化する領域の幅と反射率との関係を示すグラフ2 is a graph showing the relationship between the width of the region where the equivalent refractive index changes in FIG. 2 and the reflectance. 図1のシフト量と0次透過光の関係とを示すグラフFIG. 1 is a graph showing the relationship between the shift amount and the zero-order transmitted light in FIG. 図1のシフト量と0次透過光の関係とを示すグラフFIG. 1 is a graph showing the relationship between the shift amount and the zero-order transmitted light in FIG. 本発明の反射防止構造を有する光学素子を結像光学系に用いた模式図Schematic diagram using an optical element having an antireflection structure of the present invention in an imaging optical system 本発明の反射防止構造を有する光学素子を観察光学系に用いた模式図Schematic diagram using an optical element having an antireflection structure of the present invention in an observation optical system 従来の反射防止構造を有する光学素子の拡大斜視図Enlarged perspective view of an optical element having a conventional antireflection structure 図9の光学素子の拡大断面図と等価屈折率を表す図FIG. 9 is an enlarged sectional view of the optical element in FIG. 9 and a diagram showing an equivalent refractive index. 従来の反射防止構造を有する光学素子の拡大斜視図Enlarged perspective view of an optical element having a conventional antireflection structure 図11の光学素子の拡大断面図と等価屈折率を表す図11 is an enlarged cross-sectional view of the optical element in FIG. 11 and a diagram showing an equivalent refractive index. 従来の他の光学素子の拡大断面図と等価屈折率を表す図An enlarged sectional view of another conventional optical element and a diagram showing an equivalent refractive index 従来の他の光学素子の拡大断面図と等価屈折率を表す図An enlarged sectional view of another conventional optical element and a diagram showing an equivalent refractive index

符号の説明Explanation of symbols

1 光学素子
2 入射媒質
3 領域(微細凹凸領域)
4 射出媒質
5 微細部(微細凹凸形状)
6 結像光学系
7 結像面
8 絞り
9 対物レンズ部
10 プリズム
11 接眼レンズ部
12 評価面(瞳面)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical element 2 Incident medium 3 Area | region (fine uneven | corrugated area | region)
4 Injection medium 5 Fine part (fine uneven shape)
6 Imaging optical system 7 Imaging surface 8 Aperture 9 Objective lens unit 10 Prism 11 Eyepiece unit 12 Evaluation surface (pupil surface)

Claims (10)

基板と、前記基板面上に設けられた凸部又は凹部を有する複数の微細部とを有し、反射防止性を有する光学素子であって、
前記複数の微細部が配置される周期が、使用光の任意の波長の1/4倍以上1倍以下の周期であり、
前記複数の微細部のうち第1の微細部が、前記複数の微細部のうち第2の微細部に対して前記基板の厚さ方向にシフトしていることを特徴とする光学素子。
An optical element having a substrate and a plurality of fine portions having convex portions or concave portions provided on the substrate surface and having antireflection properties,
The period in which the plurality of fine portions are arranged is a period that is not less than 1/4 times and not more than 1 time of an arbitrary wavelength of the used light,
An optical element, wherein a first fine portion of the plurality of fine portions is shifted in a thickness direction of the substrate with respect to a second fine portion of the plurality of fine portions.
前記微細部は、凹凸形状が反転した形状を金型上に形成し、該金型を用いて成形転写されたものであることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。   2. The optical element according to claim 1, wherein the fine portion is formed by forming a shape having an inverted concavo-convex shape on a mold, and molding and transferring using the mold. 前記微細部の高さは、使用する光の波長の任意波長の1/5以上であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。   2. The optical element according to claim 1, wherein the height of the fine portion is 1/5 or more of an arbitrary wavelength of light used. 前記第1の微細部を前記基板の厚さ方向にシフトさせる範囲は、前記微細部の高さの1/10以上1/2以下の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。   2. The optical device according to claim 1, wherein a range in which the first fine portion is shifted in the thickness direction of the substrate is in a range of 1/10 to 1/2 of the height of the fine portion. element. 前記第1の微細部を前記基板の厚さ方向にシフトさせる範囲は、使用する光の波長の任意波長の1/40以上1/8以下の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。   The range in which the first fine portion is shifted in the thickness direction of the substrate is a range from 1/40 to 1/8 of an arbitrary wavelength of light to be used. Optical elements. 前記微細部の前記基板の厚さ方向にシフトしている第1の微細部の周期Paは、該微細部が形成された該基板の面内方向において、該微細部の周期Pより大きいことを特徴とする請求項1に記載の光学素子。   The period Pa of the first fine part shifted in the thickness direction of the substrate of the fine part is larger than the period P of the fine part in the in-plane direction of the substrate on which the fine part is formed. The optical element according to claim 1. 前記微細部の前記基板の厚さ方向にシフトしている第1の微細部の周期Paは、該微細部が形成された該基板の面内方向において、使用する光の波長の任意波長以下であることを特徴とする請求項6に記載の光学素子。   The period Pa of the first fine part shifted in the thickness direction of the substrate of the fine part is equal to or less than an arbitrary wavelength of the wavelength of light used in the in-plane direction of the substrate on which the fine part is formed. The optical element according to claim 6. 前記複数の微細部は、その周期Pに対する高さdの比d/Pに比べて、一部の微細部を前記基板の厚さ方向にシフトさせる周期Paに対するシフト量daの比da/Paが小さいことを特徴とする請求項1に記載の光学素子。   The plurality of fine portions have a ratio da / Pa of a shift amount da to a cycle Pa that shifts some of the fine portions in the thickness direction of the substrate as compared with a ratio d / P of a height d to the cycle P. The optical element according to claim 1, wherein the optical element is small. 前記使用する光は可視光であることを特徴とする請求項1、3又は5に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the light to be used is visible light. 請求項1から9に記載の光学素子を有することを特徴とする光学系。   An optical system comprising the optical element according to claim 1.
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