JP2019061269A - Optical element and projection device - Google Patents

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浩司 宮坂
Koji Miyasaka
浩司 宮坂
周一 山下
Shuichi Yamashita
周一 山下
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Asahi Glass Co Ltd
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Abstract

To provide a diffuser plate that can be processed by wet etching and shows high use efficiency of light.SOLUTION: A plurality of recesses 12 is formed on a surface of a substrate 11. Each recess 12 has a curved part formed by a curved plane. The plurality of recesses 12 is formed in such a manner that positions of bottoms 13 of the recesses 12 are located at two or more different positions in a depth direction. A refractive index of the substrate 11 is denoted by n1, a refractive index of a medium around the substrate 11 is denoted by n2, wavelength of a beam incident to the substrate 11 is denoted by λ, and a depth direction range of the bottoms 13 at the plurality of recesses 12 is denoted by Δd. In this case, relation of 2/7≤|(n1-n2)×Δd|/λ≤10 is satisfied.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光学素子及び投影装置に関する。   The present invention relates to an optical element and a projection apparatus.

レーザを光源とする投影装置の場合、レーザから照射される光束の強度分布を補正するために特許文献1に開示されているような散乱板が用いられる場合がある。しかし、散乱板は表面のランダムな凹凸によって光を拡散させるため一般的に光の利用効率が悪く、マイクロレンズアレイのように屈折作用によって、光の拡散が所定の範囲となるものが好ましい。   In the case of a projection apparatus using a laser as a light source, a scattering plate as disclosed in Patent Document 1 may be used to correct the intensity distribution of a light beam emitted from the laser. However, since the scattering plate diffuses light due to random irregularities on the surface, the utilization efficiency of light is generally low, and it is preferable that the diffusion of light is within a predetermined range due to the refraction like a microlens array.

ところで、レーザのような干渉性の高い光源を用いる場合、配列が規則的なマイクロレンズの場合では、配列の規則性にしたがって所定の方向にのみ回折光が発生し、光束の強度分布の補正が不十分になる場合がある。このような回折作用を低減させる方法として、マイクロレンズアレイに対して不規則性を導入する方法があり、特に制御された範囲で不規則性を導入することにより、所定の角度範囲に光を拡散させる方法が知られている。特許文献2においては、深さ方向に不規則性を導入しているマイクロ構造体が開示されており、深さ方向の分布範囲が10μm以上であるマイクロ構造体の例が示されている。   By the way, when a highly coherent light source such as a laser is used, in the case of a microlens having a regular arrangement, diffracted light is generated only in a predetermined direction according to the regularity of the arrangement, and correction of the light intensity distribution is performed. It may be insufficient. As a method of reducing such diffraction effects, there is a method of introducing irregularity to a microlens array, and in particular, by introducing irregularity within a controlled range, light is diffused to a predetermined angular range. It is known how to make it happen. Patent Document 2 discloses a microstructure in which irregularities are introduced in the depth direction, and an example of a microstructure having a distribution range in the depth direction of 10 μm or more is shown.

特開2007−233371号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2007-233371 米国特許第7033736号明細書U.S. Pat. No. 7,033,736

しかしながら、特許文献2のマイクロ構造体は、深さ方向に大きな分布を有するものであるため、発散光など光が斜めに入射するような場合には、不要な散乱光を発生させる可能性がある。   However, since the microstructure of Patent Document 2 has a large distribution in the depth direction, unnecessary scattered light may be generated when light such as diverging light is obliquely incident. .

また、レーザ光を入射させる場合には、耐光性が要求される場合があり、用いる基材としてガラス等の耐光性のある材料により形成されていることが好ましい。ガラス等の表面を凹凸形状に加工する方法としては、ウェットエッチングにより加工する方法があるが、一般には、ウェットエッチングにより加工することのできる形状には制約があり、特許文献2に記載されているように、凹凸形状を深く、異なる深さで形成する場合には、所望の形状に加工することが困難である。   When laser light is made incident, light resistance may be required, and it is preferable that the substrate used be formed of a light resistant material such as glass. As a method of processing the surface of glass or the like into a concavo-convex shape, there is a method of processing by wet etching, but in general, there is a restriction on the shape that can be processed by wet etching, and it is described in Patent Document 2 As described above, in the case where the concavo-convex shape is formed deep and with different depths, it is difficult to process it into a desired shape.

一方、ガラス等の表面を凹凸形状に加工する方法としては、ドライエッチングやプレス成形による加工方法もあるが、凹凸形状を深く形成する場合には、ドライエッチングにおける加工時間が長くなるという問題があり、また、プレス成形の場合では、プレス成形の際に空気が入り込み、空気が入り込んだ部分が欠点になる等の問題もある。   On the other hand, as a method of processing the surface of glass or the like into a concavo-convex shape, there is also a processing method by dry etching or press molding, but when the concavo-convex shape is formed deep, there is a problem that the processing time in dry etching becomes long. Also, in the case of press molding, there is a problem that air enters at the time of press molding, and a part where the air enters is a defect.

よって、ウェットエッチングを用いて加工することができ、光の利用効率の高い拡散板となる光学素子が求められている。   Therefore, there is a need for an optical element that can be processed using wet etching and is a diffusion plate with high light utilization efficiency.

本実施の形態の一観点によれば、基材の表面には、複数の凹部が形成されており、前記凹部は、曲面により形成される曲面部を有しており、前記複数の凹部は、前記凹部の底部の位置が、深さ方向において2以上の異なる位置となるように形成されており、前記基材の屈折率をn1とし、前記基材の周囲の媒質の屈折率をn2とし、前記基材に入射する光束の波長をλとし、前記複数の凹部における底部の深さ方向の範囲をΔdとした場合、
2/7≦|(n1−n2)×Δd|/λ≦10
であることを特徴とする。
According to one aspect of the present embodiment, a plurality of concave portions are formed on the surface of the base material, and the concave portions have curved surface portions formed by curved surfaces, and the plurality of concave portions are: The position of the bottom of the recess is formed so as to be two or more different positions in the depth direction, the refractive index of the substrate is n1, and the refractive index of the medium around the substrate is n2. Assuming that the wavelength of the light beam incident on the substrate is λ, and the range in the depth direction of the bottom of the plurality of recesses is Δd,
2/7 ≦ | (n1−n2) × Δd | / λ ≦ 10
It is characterized by being.

また、本実施の形態の他の一観点によれば、基材の表面には、複数の凹部が形成されており、前記凹部は、曲面により形成される曲面部を有しており、前記複数の凹部は、前記凹部の底部の位置が、深さ方向において2以上の異なる位置となるように形成されており、前記基材の屈折率をn1とし、前記基材の周囲の媒質の屈折率をn2とし、前記基材に入射する光束の波長をλとし、前記複数の凹部における底部の深さ方向の範囲をΔdとした場合、
2/7≦|(n1−n2)×Δd|/λ≦10
であり、
前記曲面部の曲率半径は、曲率半径の平均値に対して±50%以内となるように形成されていることを特徴とする。
Further, according to another aspect of the present embodiment, a plurality of concave portions are formed on the surface of the base material, and the concave portions have curved surface portions formed by curved surfaces, The concave portion is formed such that the position of the bottom of the concave portion is two or more different positions in the depth direction, and the refractive index of the substrate is n1, and the refractive index of the medium around the substrate Where n2 is the wavelength of the light beam incident on the base material is λ, and the range in the depth direction of the bottom of the plurality of recesses is Δd,
2/7 ≦ | (n1−n2) × Δd | / λ ≦ 10
And
The radius of curvature of the curved surface portion is formed so as to be within ± 50% with respect to the average value of the radius of curvature.

また、本実施の形態の他の一観点によれば、基材の表面には、複数の凹部が形成されており、前記凹部は、曲面により形成される曲面部を有しており、前記複数の凹部は、前記凹部の底部の位置が、深さ方向において2以上の異なる位置となるように形成されており、前記基材の周囲の媒質の屈折率をn2とし、前記基材に入射する光束の波長をλとし、前記複数の凹部における底部の深さ方向の範囲をΔdとした場合、
2/7≦|2×n2×Δd|/λ≦10
であり、
前記曲面部の曲率半径は、曲率半径の平均値に対して±50%以内となるように形成されていることを特徴とする。
Further, according to another aspect of the present embodiment, a plurality of concave portions are formed on the surface of the base material, and the concave portions have curved surface portions formed by curved surfaces, The concave portion is formed such that the position of the bottom of the concave portion is two or more different positions in the depth direction, and the refractive index of the medium around the substrate is n2 and is incident on the substrate Assuming that the wavelength of the light flux is λ, and the range in the depth direction of the bottom of the plurality of concave portions is Δd,
2/7 ≦ | 2 × n 2 × Δd | / λ ≦ 10
And
The radius of curvature of the curved surface portion is formed so as to be within ± 50% with respect to the average value of the radius of curvature.

また、本実施の形態の他の一観点によれば、基材の表面には、複数の凸部が形成されており、前記凸部は、曲面により形成される曲面部を有しており、前記複数の凸部は、前記凸部の頂上部の位置が、高さ方向において2以上の異なる位置となるように形成されており、前記基材の周囲の媒質の屈折率をn2とし、前記基材に入射する光束の波長をλとし、前記複数の凸部における頂上部の高さ方向の範囲をΔdとした場合、
2/7≦|2×n2×Δd|/λ≦10
であることを特徴とする。
Further, according to another aspect of the present embodiment, a plurality of convex portions are formed on the surface of the base material, and the convex portions have a curved surface portion formed by a curved surface, The plurality of convex portions are formed such that the positions of the tops of the convex portions are two or more different positions in the height direction, and the refractive index of the medium around the base material is n2; Assuming that the wavelength of the light beam incident on the base material is λ, and the range in the height direction of the top portions of the plurality of convex portions is Δd,
2/7 ≦ | 2 × n 2 × Δd | / λ ≦ 10
It is characterized by being.

また、本実施の形態の他の一観点によれば、基材の表面に、複数の開口部を有するマスクを形成する工程と、前記マスクの形成された基材をウェットエッチングすることにより、前記基材の表面に複数の凹部を形成する工程と、を有し、前記複数の開口部は、2以上の大きさの異なる開口部であって、前記複数の凹部は、前記凹部の底部の位置が、深さ方向において2以上の異なる位置であることを特徴とする。   Further, according to another aspect of the present embodiment, the step of forming a mask having a plurality of openings on the surface of the substrate, and wet etching the substrate on which the mask is formed, are performed. And forming a plurality of recesses on the surface of the substrate, wherein the plurality of openings are openings of two or more different sizes, and the plurality of recesses are positions of bottoms of the recesses. Are at two or more different positions in the depth direction.

また、本実施の形態の他の一観点によれば、基材の表面に、複数の開口部を有するマスクを形成する工程と、前記マスクの形成された基材をウェットエッチングすることにより、前記基材の表面に複数の凹部を形成する工程と、を有し、前記開口部が形成されている領域の前記基材には、2以上の異なる深さのザグリ部が形成されていることを特徴とする。   Further, according to another aspect of the present embodiment, the step of forming a mask having a plurality of openings on the surface of the substrate, and wet etching the substrate on which the mask is formed, are performed. Forming a plurality of recesses on the surface of the substrate, and in the region of the area in which the opening is formed, a counterbore portion of two or more different depths is formed It features.

本発明により、ウェットエッチングを用いて加工することができ、光の利用効率の高い拡散板となる光学素子を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical element that can be processed using wet etching and is a diffusion plate with high light utilization efficiency.

本実施の形態における光学素子の構造図Structural drawing of the optical element in the present embodiment 本実施の形態における光学素子の説明図(1)Explanatory drawing (1) of the optical element in this Embodiment 本実施の形態における光学素子の説明図(2)Explanatory drawing (2) of the optical element in this Embodiment 本実施の形態における光学素子の製造方法1の工程図Process drawing of optical element manufacturing method 1 in the present embodiment 本実施の形態における光学素子の製造方法2の工程図Process drawing of optical element manufacturing method 2 in the present embodiment 本実施の形態における光学素子の製造方法3の工程図Process drawing of optical element manufacturing method 3 in the present embodiment 本実施の形態における光学素子の製造方法4の工程図Process drawing of optical element manufacturing method 4 in the present embodiment 本実施の形態における他の光学素子の構造図(1)Structural view of another optical element in the present embodiment (1) 本実施の形態における他の光学素子の構造図(2)Structural view of another optical element in the present embodiment (2) 本実施の形態における投影装置の構造図Structural drawing of the projection apparatus in the present embodiment 本実施の形態における他の投影装置の構造図Structural drawing of another projection device in the present embodiment 蛍光ホイールの構造図Structure of fluorescent wheel 例1における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 1 例2における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 2 例3における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 3 例4における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 4 例5における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 5 例6における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 6 例7における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 7 例8における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 8 例9における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 9 例10における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 10 例11における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 11 例12における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 12 例13における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 13 例14における光学素子の説明図Explanatory drawing of the optical element in Example 14 例14における光学素子の凹部の面積比と凹部の底面の高さ方向の相対位置との相関図Correlation diagram between the area ratio of the recess of the optical element in Example 14 and the relative position in the height direction of the bottom of the recess

発明を実施するための形態について、以下に説明する。なお、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。   The mode for carrying out the invention will be described below. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

(光学素子)
図1に基づき本実施の形態における光学素子について説明する。なお、図1(a)は、本実施の形態における光学素子の平面図であり、図1(b)は、図1(a)における一点鎖線1A−1Bにおいて切断した断面図を模式的に示す。
(Optical element)
The optical element in the present embodiment will be described based on FIG. FIG. 1 (a) is a plan view of the optical element in the present embodiment, and FIG. 1 (b) schematically shows a cross-sectional view cut along a dashed dotted line 1A-1B in FIG. 1 (a). .

本実施の形態における光学素子10は、基材11の表面に複数の凹部12が形成されている構造のものである。なお、本実施の形態における説明では、基材11の表面に複数の凹部12が形成されている場合について説明するが、本実施の形態における光学素子は、基材11の表面に複数の凸部が形成されているものであってもよい。   The optical element 10 in the present embodiment has a structure in which a plurality of recesses 12 are formed on the surface of a base material 11. In the description of the present embodiment, the case where the plurality of concave portions 12 are formed on the surface of the base material 11 will be described. However, the optical element in the present embodiment has a plurality of convex portions on the surface of the base material 11 May be formed.

図1に示される本実施の形態における光学素子においては、凹部12の最も深い部分が底部13となっており、凹部12における底部13の深さ方向における位置は均一ではなく、凹部12における底部13の深さ方向における位置は2値以上となっており、複数の凹部12における底部13において、最も深い底部13の深さ位置と最も浅い底部13の深さ位置の差、即ち、底部13の高低差は、Δdとなるように形成されている。   In the optical element according to the present embodiment shown in FIG. 1, the deepest portion of the recess 12 is the bottom 13, and the position of the recess 13 in the depth direction of the bottom 13 is not uniform. The position in the depth direction of the two or more values is two or more values, and the difference between the depth position of the deepest bottom 13 and the depth position of the shallowest bottom 13 in the bottoms 13 of the plurality of recesses 12 The difference is formed to be Δd.

次に、底部13における平面的な位置について説明する。図2(a)においては、底部13の位置を「●」によって示している。底部13の位置は、規則的な配列、即ち、所定の周期で配列しているものであってもよく、不規則な配列であってもよい。底部13の位置が不規則な配列である場合には、規則的な配列のピッチをPとすると、規則的な配列がなされた場合における底部の中心点(規則的な配列がなされている点)を基準にして、底部13は、半径が0.5×Pの円の範囲内に存在するように形成されていることが好ましく、更には、半径が0.25×Pの円の範囲内に存在するように形成されていることがより好ましい。なお、図2(a)においては、規則的な配列がなされている点の位置を「×」により示している。図2(a)においては、この規則的な配列は、最も近い規則的な配列がなされている点同士を結んだ形状が、3角形となるような配列である。   Next, the planar position of the bottom 13 will be described. In FIG. 2 (a), the position of the bottom 13 is indicated by "●". The positions of the bottoms 13 may be regular, that is, they may be arranged in a predetermined cycle, or they may be irregular. When the position of the bottom 13 is an irregular array, assuming that the pitch of the regular array is P, the center point of the bottom in the case of the regular array (the point at which the regular array is made) Preferably, the bottom 13 is formed to be within a circle of radius 0.5 × P, and further, within the range of a circle of radius 0.25 × P. More preferably, it is configured to be present. In FIG. 2A, the positions of the regularly arranged points are indicated by "x". In FIG. 2A, this regular arrangement is an arrangement in which the shape of the points where the nearest regular arrangement is made is a triangle.

また、ある第1の方向に対して底部の平均的な間隔がPとなるように底部を配列させてもよい。このとき第1の方向と直交する方向を第2の方向として、第1の方向に形成される底部の列の各底部の位置の重心が間隔Pとなるように配置させてもよい。このような配列は規則的な配列をもとにしていないため規則配列による周期性の影響をより低減することができる。このような配列の例を図3に示す。図3は底部の位置を「●」で示している。図3において第1の方向に複数の底部の列を配置しておりその一部の底部の列の第2の方向の重心位置を点線51a、点線51b、点線51c、点線51dで示している。重心位置が点線51aとなる底部の列において、第1の方向の底部の間隔はそれぞれP11、P12、…、P17となっており、その平均値はPとなっている。また、第2の方向の重心位置である点線51a、点線51b、点線51c、点線51dの間隔がそれぞれPとなるように各底部の列の中の底部の位置は第2の方向に対して不規則になっている。図3では図面の下方向から奇数番目の底部の列の左端の底部の第1の方向の重心位置(点線53)と、図面の下方向から偶数番目の底部52の列の左端の底部の第1の方向の重心位置(点線54)とがP/2となるように配置されており、30.5/2×P=Pを満たすようになっている。底部の列の中の第1の方向の底部の間隔は(1±0.25)Pであると好ましく、(1±0.15)Pであるとより好ましい。また、底部の列の第2の方向の重心位置に対してそれぞれの底部の位置が重心位置に対して±0.25Pとなることが好ましく、±0.15Pであるとより好ましい。 Also, the bottoms may be arranged such that the average distance between the bottoms with respect to a certain first direction is P 1 . And a direction perpendicular to the first direction at this time as the second direction, the centroid position of each bottom row of the bottom portion formed in the first direction may be disposed such that the interval P 2. Such arrangement is not based on the regular arrangement, and therefore the influence of periodicity by the regular arrangement can be further reduced. An example of such an arrangement is shown in FIG. FIG. 3 shows the position of the bottom by “●”. In FIG. 3, a plurality of bottom rows are arranged in the first direction, and the barycentric positions in the second direction of the bottom rows in part of the bottoms are indicated by dotted lines 51a, 51b, 51c, and 51d. In the bottom row in which the center of gravity position is the dotted line 51a, the intervals of the bottom in the first direction are P 11 , P 12 ,..., P 17 respectively, and the average value is P 1 . The second direction of the dotted line 51a is the centroid position, the dotted line 51b, the dotted line 51c, the position of the bottom in the column of each bottom and the interval between the dotted line 51d is P 2, respectively for the second direction It is irregular. In FIG. 3, the barycentric position (dotted line 53) in the first direction of the bottom of the bottom of the left end of the odd-numbered bottom row from the bottom of the drawing (dotted line 53) and the bottom of the bottom of the left end of the even-numbered bottom 52 from the bottom center of gravity of the first direction and (dashed line 54) is arranged such that P 1/2, which is to meet the 3 0.5 / 2 × P 1 = P 2. First interval of the bottom of the direction in a column of the bottom preferable to be (1 ± 0.25) P 1, and more preferably a (1 ± 0.15) P 1. The position of each bottom with respect to the position of the center of gravity in the second row of the bottom row is preferably ± 0.25 P 2 with respect to the position of the center of gravity, and more preferably ± 0.15 P 2 .

また、底部の配列に不規則性がある場合、領域内の一部の範囲で底部の配列が点対称または線対称となる配置を含むようにしてもよい。このようにすることである方向の正の方向と負の方向で非対称性が生じにくくすることができる。   In addition, in the case where there is irregularity in the arrangement of the bottom, the arrangement of the bottom may be point-symmetrical or line-symmetrical within a part of the region. Asymmetry can be made less likely to occur in the positive direction and the negative direction of the direction which is to be done in this way.

本実施の形態における光学素子では、このように形成することにより、後述するように、所定の角度範囲において、効率よく光を拡散させることができる。また、方向ごとに規則的な配列のピッチが異なっている場合には、その比率に応じて本実施の形態における底部13の位置する範囲を楕円にしてもよい。また、隣り合う規則的な配列がなされている点同士の2等分線によって囲まれる領域内に、本実施の形態における底部13が位置するように形成してもよい。更には、規則的な配列がなされている点と、隣り合う規則的な配列がなされている点との距離が1/4の位置の垂線によって囲まれる領域内に、本実施の形態のおける底部13が位置するように形成することが、より好ましい。ここで、垂線とは、規則的な配列がなされている点と、隣り合う規則的な配列がなされている点とを結ぶ線分に対する垂線を言う。   In the optical element in the present embodiment, by forming in this manner, light can be efficiently diffused in a predetermined angle range as described later. Further, when the pitch of the regular arrangement is different for each direction, the range in which the bottom portion 13 in the present embodiment is located may be an ellipse according to the ratio. In addition, the bottom portion 13 in the present embodiment may be formed so as to be located in a region surrounded by bisectors of adjacent regularly arranged points. Furthermore, the bottom portion in the present embodiment is in a region surrounded by a perpendicular line at a point where the distance between the regularly arranged points and the adjacent regularly arranged points is 1/4. It is more preferable to form so that 13 may be located. Here, the perpendicular means a perpendicular to a line connecting a point where regular arrangement is made and a point where adjacent regular arrangement is made.

なお、図2(a)においては、三角の規則的な配列がなされている点の位置「×」に対して、ピッチの1/4内の領域に底部13「●」が位置している場合を示している。また、図2(a)における凹部12aにおける底部13aと凹部12bにおける底部13bとを結ぶ一点鎖線2A−2Bにおいて切断された断面図を図2(b)に示す。   In FIG. 2A, when the bottom 13 "●" is located in the area within 1⁄4 of the pitch with respect to the position "x" of the point where regular arrangement of triangles is made Is shown. Further, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along an alternate long and short dash line 2A-2B connecting the bottom 13a of the recess 12a and the bottom 13b of the recess 12b in FIG. 2A.

図2(b)に示されるように、凹部12aの底部13aと凹部12bの底部13bとは、深さ方向における位置は異なっており、凹部12aを形成する面と凹部12bとを形成する面とが同一の曲率を有しているような場合には、凹部12aと凹部12bとの境界となる点14は底部13aと底部13bとの2等分線上には位置しない。なお、隣り合う底部において深さ方向の位置が一致している場合については点線で示すが、この場合には境界となる点15は底部13aと底部13bの2等分線上となる。 As shown in FIG. 2B, the bottom 13a of the recess 12a and the bottom 13b of the recess 12b are different in position in the depth direction, and the surface forming the recess 12a and the surface forming the recess 12b The point 14 which is the boundary between the concave portion 12a and the concave portion 12b is not located on the bisector of the bottom portion 13a and the bottom portion 13b in the case where the curvatures have the same curvature. Although the case where the position in the depth direction at the bottom adjacent matches are indicated by dashed lines, 15 point at the boundary in this case is bisector of the bottom 13a and the bottom 13b 1.

一般的には、ガラスなどの基材をウェットエッチングすることにより凹部を形成する場合には、隣り合う凹部の表面における曲率は同程度となる。このため、凹部の底部における深さ方向の位置が大きく異なると、境界となる点14の位置が、2等分線上から大きくずれてしまう。   Generally, in the case of forming a recess by wet etching a base material such as glass, the curvature of the surface of the adjacent recess is approximately the same. For this reason, if the position in the depth direction at the bottom of the recess is significantly different, the position of the point 14 serving as the boundary is largely deviated from the bisector.

なお、境界となる点15の位置で凹部が隣り合う場合には、隣り合う凹部の表面における傾斜角度は同一となり、境界となる点15における凹部の傾斜角度を所定の拡散角度にすることができ、所定の拡散角度範囲内に効率よく光を拡散させることができる。一方、境界となる点14の位置で凹部が隣り合う場合には、隣り合う凹部の表面における傾斜角度は異なり、所定の拡散角度に対して凹部における傾斜角度が一方では小さく、他方では大きくなる。この場合、所定の拡散角度範囲外に光が拡散する量が増える。   When the recesses are adjacent to each other at the position of the point 15 serving as the boundary, the inclination angles of the surfaces of the adjacent recesses are the same, and the inclination angle of the recess at the point 15 serving as the boundary can be a predetermined diffusion angle. The light can be diffused efficiently within a predetermined diffusion angle range. On the other hand, when the recesses are adjacent to each other at the position of the boundary point 14, the inclination angles of the surfaces of the adjacent recesses are different, and the inclination angles of the recesses are smaller on one side and larger on the other with respect to the predetermined diffusion angle. In this case, the amount of light diffused to the outside of the predetermined diffusion angle range increases.

以上より、凹部12の底部13の深さ方向における位置が、大きく異なる場合には、所定の拡散角度範囲外の光が生じやすくなるため、凹部12の底部13の深さ方向における位置の違いは、小さい方が好ましい。しかしながら、凹部12の底部13の深さ方向における位置が、すべて同じである場合には、直進透過する光の成分が増大する。よって、直進透過する光の成分を低減するため、直進透過する光の成分に回折現象を生じさせて、拡散させる方法がある。   As described above, when the position of the bottom 13 of the recess 12 in the depth direction is largely different, light outside the predetermined diffusion angle range is easily generated. Therefore, the difference in the position of the bottom 13 of the recess 12 in the depth direction is , Smaller is preferable. However, in the case where the positions in the depth direction of the bottom 13 of the recess 12 are all the same, the component of the light to be transmitted straight is increased. Therefore, in order to reduce the component of the light to be transmitted straight, there is a method of causing the component of the light to be transmitted straight to be diffracted to cause the component to be diffused.

回折現象を生じさせるためには、底部13の深さ方向における位置によって生じる光路差が2/7波長以上であることが好ましい。また、最も効率よく回折現象を生じさせるためには、底部13の深さ方向における位置によって生じる光路差が波長程度であることが好ましいが、回折現象においては光路差の波長の剰余を考慮すればよいことと、加工による制御性を考慮すると、底部13の深さ方向における位置によって生じる光路差が、波長の10倍以下であることが好ましい。   In order to cause the diffraction phenomenon, it is preferable that the optical path difference generated by the position in the depth direction of the bottom portion 13 be 2/7 wavelength or more. Further, in order to cause the diffraction phenomenon most efficiently, it is preferable that the optical path difference caused by the position in the depth direction of the bottom portion 13 be about the wavelength, but in the diffraction phenomenon, if the remainder of the optical path difference wavelength is considered. In consideration of goodness and controllability by processing, it is preferable that an optical path difference caused by the position of the bottom 13 in the depth direction is 10 times or less of the wavelength.

以上、光学素子が透過型の光学素子である場合について説明したが、上記内容は、凹部12が形成される基材11の屈折率をn1、凹部12の周囲の媒質の屈折率をn2、入射する光束の波長をλとした場合、下記の(1)に示す式であらわされる。

2/7≦|(n1−n2)×Δd|/λ≦10・・・・(1)

なお、本実施の形態における光学素子では、更には、下記の(2)に示される条件であることが好ましく、また、下記の(3)に示される条件であることがより一層好ましい。

2/7≦|(n1−n2)×Δd|/λ≦5・・・・・(2)

2/7≦|(n1−n2)×Δd|/λ≦2・・・・・(3)

また、凹部12の底部13の深さ方向における位置は、任意の位置にするのではなく、複数の水準(複数の深さ位置)となるように形成してもよい。この場合、深さ方向における位置が2水準(深さ位置が2値)以上であれば、上述した回折現象を得ることができるが、より効率的に回折現象を生じさせるためには、深さ方向における位置が4水準(深さ位置が4値)以上とすることがより好ましい。また、効率的に回折現象を生じさせるためには、底部13が特定の深さの位置に多く分布しないことが好ましく、2水準の場合には、ある特定の深さ方向における位置に、75%より多く底部13が分布していないことが好ましく、更に、4水準以上の場合には、ある特定の深さ方向における位置に、50%より多くの底部13が分布していないことが好ましい。
In the above, the case where the optical element is a transmission type optical element has been described, but the above contents indicate that the refractive index of the substrate 11 in which the recess 12 is formed is n1, the refractive index of the medium around the recess 12 is n2, When the wavelength of the luminous flux to be made is λ, it is expressed by the following equation (1).

2/7 ≦ | (n1−n2) × Δd | / λ ≦ 10 (1)

Furthermore, in the optical element according to the present embodiment, it is more preferable that the conditions shown in the following (2) be provided, and it is further more preferable that the conditions shown in the following (3) be present.

2/7 ≦ | (n1−n2) × Δd | / λ ≦ 5 (2)

2/7 ≦ | (n1−n2) × Δd | / λ ≦ 2 (3)

Further, the position of the bottom 13 of the recess 12 in the depth direction may be formed at a plurality of levels (a plurality of depth positions) instead of an arbitrary position. In this case, if the position in the depth direction is two levels or more (the depth position is binary) or more, the above-mentioned diffraction phenomenon can be obtained, but in order to cause the diffraction phenomenon more efficiently, the depth It is more preferable to set the position in the direction to four or more levels (four in the depth position). Also, in order to cause diffraction efficiently, it is preferable that the bottom 13 not be distributed at a specific depth position, and in the case of two levels, 75% at a position in a specific depth direction. More bottom portions 13 are preferably not distributed, and furthermore, in the case of four or more levels, it is preferable that not more than 50% of the bottom portions 13 be distributed at a position in a specific depth direction.

また、基材11が反りを有している場合や、数100μm以上の長いピッチで凹凸となるうねりを有している場合や、ウェットエッチング加工によって基材11が長いピッチのうねりを有するような場合がある。このような場合、基材11の反りやうねりによる凹凸によって素子の全面で(1)に示す式を満たさない場合があるが、このような場合、少なくとも隣り合う底部が(1)に示す式を満たすようにしてもよい。   In addition, when the substrate 11 has a warp, has a waviness that becomes uneven at a long pitch of several hundred μm or more, or the substrate 11 has a waviness with a long pitch by wet etching processing There is a case. In such a case, the surface of the element may not satisfy the equation (1) on the entire surface of the element due to the warpage or waviness of the base material 11. In such a case, the equation shown in (1) at least at the adjacent bottom portion It may be satisfied.

また、底部13bと凹部12aと凹部12bの境界である点14の高さ方向の変位量を変位量Δzとした場合、変位量Δzによって発生する光路差が入射する光の波長に比べて小さい値となると光に対して凹部が所望の作用をしない場合がある。したがって、変位量Δzを素子内で平均化した値をΔzavgとして、Δzavgが2/7≦|(n1−n2)×Δzavg|/λを満たすようにすることが好ましく、Δzavgが1/2≦|(n1−n2)×Δzavg|/λを満たすようにするとより好ましく、Δzavgが3/4≦|(n1−n2)×Δzavg|/λを満たすようにするとさらに好ましい。Δzavgは凹部の平均的な形状を求め、底部同士の平均的な間隔の半値をravgとして原点からravgにおける平均的な形状の高さによって近似させてもよい。例えば、凹部の平均的な形状が曲率半径Ravgの球面である場合、原点からr離れた球面の高さはRavg−(Ravg −r1/2によって求めることができるのでΔzavg=Ravg−(Ravg −ravg 1/2によって求めてもよい。 When the displacement in the height direction of the point 14 which is the boundary between the bottom 13b and the recess 12a and the recess 12b is the displacement Δz, the optical path difference generated by the displacement Δz is smaller than the wavelength of the incident light. In such a case, the recess may not have a desired effect on light. Accordingly, an averaged value of Delta] z avg displacement amount Delta] z in the device, Delta] z avg is 2/7 ≦ | (n1- n2) × Δz avg | is preferably to satisfy the / lambda, Delta] z avg 1 It is more preferable to satisfy / 2 ≦ | (n1−n2) × Δz avg | / λ, and it is further preferable to set Δz avg to satisfy 3⁄4 ≦ | (n1−n2) × Δz avg | / λ. Delta] z avg obtains the average shape of the recess, the half of the average spacing of the bottom portions may be approximated by the height of the average shape from the origin as r avg of r avg. For example, if the average shape of the recess is a spherical surface with a radius of curvature R avg , the height of the spherical surface r away from the origin can be determined by R avg − (R avg 2 −r 2 ) 1/2 , so Δz avg = R avg - it may be obtained by (R avg 2 -r avg 2) 1/2.

光学素子10が透過型の光学素子の場合には、表面に凹部12が形成される基材11を形成している材料としては、ガラスや樹脂などの透明材料を用いることができる。なお、レーザ等の光源からの光を入射するような場合には、耐光性が高いガラス等の無機材料を用いることが好ましい。   In the case where the optical element 10 is a transmission type optical element, a transparent material such as glass or resin can be used as the material forming the base 11 on the surface of which the recess 12 is formed. When light from a light source such as a laser is incident, it is preferable to use an inorganic material such as glass having high light resistance.

また、本実施の形態においては、光学素子10の表面に、不図示の反射防止膜等の光学薄膜を成膜してもよい。   Further, in the present embodiment, an optical thin film such as an anti-reflection film (not shown) may be formed on the surface of the optical element 10.

(光学素子の製造方法)
次に、本実施の形態における光学素子の製造方法について説明する。本実施の形態における光学素子10の製造方法には、基材11をウェットエッチングすることにより形成する方法、グレースケール露光によりレジストパターンを形成した後、基材11をドライエッチングすることにより形成する方法、成形型等によるプレス成形により形成する方法、インプリント等による方法が挙げられる。
(Method of manufacturing optical element)
Next, a method of manufacturing the optical element in the present embodiment will be described. In the method of manufacturing the optical element 10 according to the present embodiment, a method of forming the substrate 11 by wet etching, or a method of forming the resist pattern by gray scale exposure and then forming the substrate 11 by dry etching Examples include a method of forming by press molding using a molding die or the like, and a method of imprinting or the like.

基材11をウェットエッチングすることにより、本実施の形態における光学素子を製造する製造方法の例として、以下に4つの製造方法について説明する。   The following four manufacturing methods will be described as an example of the manufacturing method of manufacturing the optical element in the present embodiment by wet etching the base material 11.

(光学素子の製造方法1)
最初に、図4に基づき光学素子の製造方法1について説明する。
(Method 1 of manufacturing an optical element)
First, the manufacturing method 1 of the optical element will be described based on FIG.

この方法では、まず、図4(a)に示すように、ガラス等により形成された基材11の上に、パターニングされたマスク21と、マスク21の開口部における基材11にザグリ部22を形成する。マスク21及びザグリ部22の形成方法は、フォトリソグラフィとエッチング、リフトオフなどのプロセスを組み合わせた加工により形成する方法や、ブラスト加工などの方法を用いて形成することができる。   In this method, first, as shown in FIG. 4A, a mask 21 patterned on a substrate 11 formed of glass or the like, and a spotted portion 22 on the substrate 11 at the opening of the mask 21. Form. The mask 21 and the counterbore portion 22 can be formed by a method of processing by combining photolithography and processes such as etching and lift-off, or a method of blast processing or the like.

ブラスト加工では、一般的に、ザグリ部22の深さや、マスク21の開口部の大きさを制御するのが難しいため、フォトリソグラフィとエッチング、リフトオフなどのプロセスを組み合わせた加工により形成する方法が好ましい。フォトリソグラフィとエッチングを組み合わせて形成する方法の場合、ザグリ部22を形成する際には、ドライエッチングを用いることができ、この場合、ザグリ部22の底面22aは平面状に加工される。   In blasting, it is generally difficult to control the depth of the counterbore 22 and the size of the opening of the mask 21. Therefore, it is preferable to use a process combining photolithography with processes such as etching and lift-off. . In the case of the method of forming by combining photolithography and etching, dry etching can be used when forming the counterbore portion 22. In this case, the bottom surface 22a of the counterbore portion 22 is processed into a planar shape.

次に、図4(b)に示すように、基材11の上にマスク21が形成されており、基材11において、マスク21の開口部が形成されている領域にはザグリ部22が形成されているものをウェットエッチングする。これにより、ザグリ部22を起点として基材11の一部がウェットエッチングにより除去され、基材11の表面に凹部12が形成される。ウェットエッチングにおいては、基材11は等方的にエッチングにより除去されるため、凹部12の底部は平坦部23により形成される。よって、凹部12の表面は、平坦部23と曲面部24とにより形成される。曲面部24では、断面が円弧となる曲面形状となるが、マスク21がウェットエッチングにおける耐性があまりない場合には、マスク21の剥がれ等によって、凹部12におけるエッジ部分の形状が、円弧からずれる場合がある。この場合には、断面のうち平坦部23に接続する曲面部24の少なくとも一部が円弧となる曲面形状となる。マスク21を形成している材料としては、パターニング加工が可能であってウェットエッチング耐性の高いものが好ましく、例えば、クロムやモリブデン等の金属材料により形成されている。   Next, as shown in FIG. 4B, the mask 21 is formed on the base material 11, and in the base material 11, the counterbore portion 22 is formed in the region where the opening of the mask 21 is formed. Wet etch what is being done. Thereby, a part of base material 11 is removed by wet etching starting from countersunk part 22, and crevice 12 is formed in the surface of base material 11. In wet etching, the base 11 is isotropically removed by etching, so the bottom of the recess 12 is formed by the flat portion 23. Thus, the surface of the recess 12 is formed by the flat portion 23 and the curved portion 24. In the curved surface portion 24, the cross section is a curved surface having an arc, but when the mask 21 does not have much resistance in wet etching, the shape of the edge portion in the recess 12 deviates from the arc due to peeling of the mask 21 or the like. There is. In this case, at least a part of the curved surface portion 24 connected to the flat portion 23 in the cross section has a curved surface shape which is an arc. The material forming the mask 21 is preferably one that can be patterned and has high wet etching resistance, and is formed of, for example, a metal material such as chromium or molybdenum.

次に、図4(c)に示すように、マスク21を除去することにより、本実施の形態における光学素子10を作製することができる。   Next, as shown in FIG. 4C, the optical element 10 according to the present embodiment can be manufactured by removing the mask 21.

なお、凹部12における平坦部23は、図1及び図2等における底部13に相当する部分であり、基材11の厚み方向に対し垂直となる面により形成されている。平坦部23と曲面部24との境界は、曲率半径の値を断面方向において計測することにより求めることができる。この場合、平坦部23と曲面部24との境界近傍における曲率半径は、ある一定値の曲率半径から無限大の曲率半径へと変化するものとして観察される。このような変化は、理想的には急峻な変化となるが、境界における変化が急峻な変化とならないような場合には、曲面部24の曲率半径のα倍以上の領域等の所定の曲率半径以上の領域を平坦部23とみなすこともできる。なお、αの値は、1.1以上であることが好ましい。このような曲率半径等の測定には、3次元計測器を用いることができる。また、曲面部24の曲率が大きくなるような場合には、3次元計測器のS/Nの範囲内では、曲率半径の変化を確認することができない場合がある。しかしながら、このような場合には、電子顕微鏡や原子間力顕微鏡等により凹部12の形状を観察することにより、平坦部23と曲面部24との境界及び平坦部23の大きさを求めてもよい。   In addition, the flat part 23 in the recessed part 12 is a part corresponded to the bottom part 13 in FIG.1 and FIG.2 grade | etc., And is formed of the surface which becomes perpendicular | vertical with respect to the thickness direction of the base material 11. FIG. The boundary between the flat portion 23 and the curved portion 24 can be obtained by measuring the value of the radius of curvature in the cross-sectional direction. In this case, the radius of curvature in the vicinity of the boundary between the flat portion 23 and the curved surface portion 24 is observed as changing from a certain value of the radius of curvature to an infinite radius of curvature. Such a change is ideally a sharp change, but if the change at the boundary does not become a sharp change, a predetermined curvature radius such as a region of α times or more of the curvature radius of the curved surface portion 24 or the like The above region can also be regarded as the flat portion 23. The value of α is preferably 1.1 or more. A three-dimensional measuring instrument can be used to measure such a radius of curvature. In addition, when the curvature of the curved surface portion 24 is increased, it may not be possible to confirm the change of the curvature radius within the S / N range of the three-dimensional measuring device. However, in such a case, the size of the boundary between the flat portion 23 and the curved portion 24 and the flat portion 23 may be determined by observing the shape of the recess 12 with an electron microscope, an atomic force microscope, or the like. .

(光学素子の製造方法2)
次に、図5に基づき光学素子の製造方法2について説明する。
(Method 2 of manufacturing an optical element)
Next, a method 2 of manufacturing an optical element will be described based on FIG.

図4に示す方法では、ガラス等の基材11に、ザグリ部22を形成したが、この場合、基材11を形成しているガラスの種類によっては、ザグリ部22を形成するためのドライエッチングによる加工に、極めて長い時間を要する場合があり、更には、殆どドライエッチングすることができず、ザグリ部22を形成することができない場合がある。図5に示す方法は、あらかじめ基材11の表面に、SiO、Taなどのドライエッチングが可能な薄膜層25を形成した方法である。 In the method shown in FIG. 4, the counterbore portion 22 is formed on the substrate 11 such as glass, but in this case, depending on the type of glass forming the substrate 11, dry etching for forming the counterbore portion 22 is performed. The processing by the above-mentioned method may require a very long time, and furthermore, the dry etching may hardly be performed, and the counterbore portion 22 may not be formed. The method shown in FIG. 5 is a method in which a thin film layer 25 capable of dry etching such as SiO 2 or Ta 2 O 5 is formed on the surface of the substrate 11 in advance.

具体的には、最初に、図5(a)に示すように、基材11の表面に、SiO、Ta等のドライエッチングが可能な薄膜層25を成膜し、薄膜層25の上に、マスク21を形成するとともに、薄膜層25において、マスク21の開口部の一部に、ザグリ部26を形成する。これにより、容易にザグリ部26を形成することができ、後のウェットエッチングによる加工が可能になる。 Specifically, first, as shown in FIG. 5A, a thin film layer 25 capable of dry etching such as SiO 2 or Ta 2 O 5 is formed on the surface of the base material 11, and the thin film layer 25 is formed. While forming the mask 21 on top of the thin film layer 25, the counterbore portion 26 is formed in a part of the opening of the mask 21. Thereby, the counterbore portion 26 can be easily formed, and processing by later wet etching becomes possible.

次に、図5(b)に示すように、基材11の上に薄膜層25及びマスク21が積層して形成されており、薄膜層25にザグリ部26が形成されているものをウェットエッチングすることにより、薄膜層25及び基材11の一部が除去される。この際、基材11においては、ウェットエッチングにより等方的に除去される。これにより、基材11に凹部12を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 5B, the thin film layer 25 and the mask 21 are stacked on the base material 11, and the thin film layer 25 is formed with the counterbore portion 26 by wet etching. By doing this, the thin film layer 25 and a part of the substrate 11 are removed. At this time, the base material 11 is isotropically removed by wet etching. Thereby, the recessed part 12 can be formed in the base material 11.

次に、図5(c)に示すように、マスク21及び薄膜層25を除去することにより、本実施の形態における光学素子10を作製することができる。   Next, as shown in FIG. 5C, the mask 21 and the thin film layer 25 are removed, whereby the optical element 10 according to the present embodiment can be manufactured.

薄膜層25を形成するための材料としては、ガラスよりもウェットエッチングのレートが小さいものを選択することが好ましい。例えば、Haixin Zhu et al., J. Micromech. Microeng. 19 (2009) 065013には、様々なガラス材料に対するウェットエッチングのレートが記載されている。これによれば、SiOと組成が同じ石英とガラス材料ではウェットエッチングのレートが10倍以上異なる場合がある。 As a material for forming the thin film layer 25, it is preferable to select one having a wet etching rate smaller than that of glass. For example, Haixin Zhu et al. , J. Micromech. Microeng. 19 (2009) 065013 describes the wet etch rates for various glass materials. According to this, in the case of quartz and glass materials having the same composition as SiO 2 , the wet etching rate may differ by 10 times or more.

基材11とSiOのウェットエッチングのレートの比率をr、薄膜層25のザグリ部26の底部の深さ方向における位置の分布範囲をΔDとした場合、最終的な凹部12の底部13の深さ方向における位置の分布範囲Δdは、Δd=rΔDとなる。よって、例えば、rが10であり、必要なΔdが1μmである場合、ΔDは100nmとなる。このように、各種ガラス材料の加工が可能になることのほかに、ザグリ部26における加工量を小さくすることができるため、ドライエッチングのほかにリフトオフやゾルゲルにより、薄膜層25にザグリ部26を形成することができる。 Assuming that the ratio of the wet etching rate of the base material 11 to SiO 2 is r and the distribution range of the position of the thin film layer 25 in the depth direction of the bottom of the counterbore 26 is ΔD, the depth of the bottom 13 of the final recess 12 is The distribution range Δd of the position in the longitudinal direction is Δd = rΔD. Thus, for example, if r is 10 and the required Δd is 1 μm, then ΔD is 100 nm. As described above, in addition to processing of various glass materials becomes possible, the processing amount in the counterbore portion 26 can be reduced. Therefore, the counterbore portion 26 is formed on the thin film layer 25 by liftoff or sol gel besides dry etching. It can be formed.

薄膜層25を形成するための材料としては、SiO、Ta等のほかに、ゾルゲル、有機材料を用いることができる。ゾルゲルや有機材料を用いる場合には、インプリントプロセスによって薄膜層25をパターニングしてもよい。 As a material for forming the thin film layer 25, sol-gel, an organic material can be used besides SiO 2 , Ta 2 O 5 and the like. In the case of using a sol-gel or an organic material, the thin film layer 25 may be patterned by an imprint process.

(光学素子の製造方法3)
次に、図6に基づき光学素子の製造方法3について説明する。
(Method 3 of manufacturing an optical element)
Next, manufacturing method 3 of the optical element will be described based on FIG.

図6に示す方法は、図5に示す方法と同様に、薄膜層を用いて深さ方向の底部の位置を調整するものであるが、薄膜層にザグリ部を形成するのではなく、パターニングされたマスク21の一部の開口部に、薄膜層27を形成するものである。これにより、薄膜層27の厚みの違いによってウェットエッチング液が基材11に到達するまでの時間を調整することができ、形成される凹部12の底部13の深さ方向における位置を異なる位置にすることが可能となる。   The method shown in FIG. 6 is to adjust the position of the bottom in the depth direction using the thin film layer in the same manner as the method shown in FIG. 5, but it is patterned instead of forming the counterbore portion in the thin film layer. The thin film layer 27 is formed in the opening of a part of the mask 21. Thereby, the time until the wet etching solution reaches the base material 11 can be adjusted by the difference in thickness of the thin film layer 27, and the position in the depth direction of the bottom portion 13 of the concave portion 12 to be formed is different. It becomes possible.

図6に示す製造方法では、最初に、図6(a)に示すように、基材11の表面に開口部を有するマスク21を形成し、マスク21の開口部が形成されている領域の一部において、基材11及びマスク21の上に、薄膜層27を形成する。   In the manufacturing method shown in FIG. 6, first, as shown in FIG. 6A, a mask 21 having an opening is formed on the surface of the base material 11, and one of the regions where the opening of the mask 21 is formed. In part, the thin film layer 27 is formed on the substrate 11 and the mask 21.

次に、図6(b)に示すように、基材11の上にマスク21及び薄膜層27が形成されているものをウェットエッチングすることにより、薄膜層27及び基材11の一部が除去される。この際、基材11においては、ウェットエッチングにより等方的に除去される。これにより、基材11に凹部12を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 6 (b), the thin film layer 27 and a part of the base material 11 are removed by wet etching one in which the mask 21 and the thin film layer 27 are formed on the base material 11. Be done. At this time, the base material 11 is isotropically removed by wet etching. Thereby, the recessed part 12 can be formed in the base material 11.

次に、図6(c)に示すように、マスク21を除去することにより、本実施の形態における光学素子10を作製することができる。   Next, as shown in FIG. 6C, the optical element 10 according to the present embodiment can be manufactured by removing the mask 21.

なお、図6に示す場合では、マスク21の上に薄膜層27を形成した場合について説明したが、開口部を有する薄膜層27を形成した上に、マスク21を形成してもよい。薄膜層27を形成している材料は、薄膜層25を形成している材料と同様のものを用いることができ、形成方法も薄膜層25の場合と同様の方法により形成することができる。   Although the thin film layer 27 is formed on the mask 21 in the case shown in FIG. 6, the mask 21 may be formed on the thin film layer 27 having the opening. The material forming the thin film layer 27 can be the same as the material forming the thin film layer 25, and the forming method can also be formed by the same method as the thin film layer 25.

(光学素子の製造方法4)
次に、図7に基づき光学素子の製造方法4について説明する。
(Method 4 of manufacturing an optical element)
Next, a method 4 of manufacturing an optical element will be described based on FIG.

図5に示す方法では薄膜層25を形成することにより、また、図6に示す方法では薄膜層27を形成することにより、凹部12の底部13における深さ方向の位置が異なるように形成するものである。これに対し、図7に示す方法は、マスク28における開口部の大きさを変えることにより、凹部12の底部13における深さ方向の位置を変えるものである。なお、マスク28は、上述したマスク21と同様の材料により形成されている。   In the method shown in FIG. 5, the thin film layer 25 is formed. In the method shown in FIG. 6, the thin film layer 27 is formed so that the position in the depth direction of the bottom 13 of the recess 12 is different. It is. On the other hand, the method shown in FIG. 7 changes the position in the depth direction of the bottom 13 of the recess 12 by changing the size of the opening in the mask 28. The mask 28 is formed of the same material as the mask 21 described above.

図7に示す製造方法では、最初に、図7(a)に示すように、基材11の表面に開口部の大きさの異なるマスク28を形成する。   In the manufacturing method shown in FIG. 7, first, as shown in FIG. 7A, masks 28 having different sizes of openings are formed on the surface of the base material 11.

次に、図7(b)に示すように、基材11にマスク28が形成されているものをウェットエッチングすることにより、マスク28の開口部における基材11が除去される。この際、基材11においては、ウェットエッチングにより等方的に除去される。これにより、基材11に凹部12を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 7B, the base 11 in the opening of the mask 28 is removed by wet etching the base 11 on which the mask 28 is formed. At this time, the base material 11 is isotropically removed by wet etching. Thereby, the recessed part 12 can be formed in the base material 11.

次に、図7(c)に示すように、マスク28を除去することにより、本実施の形態における光学素子10を作製することができる。   Next, as shown in FIG. 7C, by removing the mask 28, the optical element 10 in the present embodiment can be manufactured.

なお、図4から図6に示される方法では、マスク21上に形成された開口部からガラスにより形成された基材11をウェットエッチングにより除去するものである。この場合、マスク21の基材11との間におけるエッチング液とマスク21の外側のエッチング液との入れ替り効率は、マスク21の開口部の大きさに依存するものと考えられる。よって、マスクの開口部が大きい場合には、マスクの開口部が小さい場合に比べて、エッチング液の入れ替りが効率的に行われるため、ウェットエッチングにおけるエッチングレートを高くすることができる。ウェットエッチングにおけるエッチングレートの違いは、凹部12における深さの違いとなるため、凹部12における底部13の深さ方向における位置が異なるように形成することができる。図7に示す方法により光学素子を作製した場合には、形成される平坦部23と曲面部24とを有する凹部12は、平坦部23が形成されている深さ方向における位置が深いほど、平坦部23が大きくなるように形成される。   In the method shown in FIG. 4 to FIG. 6, the base material 11 formed of glass is removed from the opening formed on the mask 21 by wet etching. In this case, the replacement efficiency of the etching solution between the mask 21 and the base material 11 and the etching solution outside the mask 21 is considered to depend on the size of the opening of the mask 21. Therefore, when the opening of the mask is large, the etching solution is efficiently exchanged as compared to the case where the opening of the mask is small, and therefore the etching rate in the wet etching can be increased. Since the difference in etching rate in wet etching is the difference in depth in the recess 12, the position in the depth direction of the bottom 13 in the recess 12 can be different. When the optical element is manufactured by the method shown in FIG. 7, the concave portion 12 having the flat portion 23 and the curved portion 24 formed is flatter as the position in the depth direction in which the flat portion 23 is formed is deeper. The portion 23 is formed to be large.

なお、図7に示す光学素子の製造方法においては、マスク28の開口部が大きすぎると、凹部12における平坦部23の占有面積が大きくなるため、マスク28の開口部は、幅が10μm以下となるように形成されていることが好ましく、更には、幅が5μm以下となるように形成されていることがより好ましい。また、底部の位置が不規則な場合には、底部どうしの間隔が不規則となるため、ウェットエッチングの過程で隣り合う凹部12を隔てる基材11が消失するのに必要な時間が変化する場合がある。このような場合、ウェットエッチング液の状態がそれぞれの凹部で変化することによってそれぞれの凹部におけるエッチングレートが変化する場合がある。このような場合、マスク21の開口部の大きさが同一であっても底部13の深さ方向を変化させることができる。   In the method of manufacturing the optical element shown in FIG. 7, if the opening of the mask 28 is too large, the occupied area of the flat portion 23 in the recess 12 becomes large, so the opening of the mask 28 has a width of 10 μm or less. It is preferable to form so that it may become, It is more preferable to form so that the width | variety may be set to 5 micrometers or less. Moreover, when the position of the bottom portion is irregular, the interval between the bottom portions becomes irregular, and thus the time required for the base material 11 separating the adjacent concave portions 12 to disappear in the process of wet etching changes. There is. In such a case, the etching rate in each recess may change as the state of the wet etching solution changes in each recess. In such a case, the depth direction of the bottom 13 can be changed even if the size of the opening of the mask 21 is the same.

また、図4から図7に示す方法では、マスク21及び28の剥がれや、エッチング液の局所的な濃度分布が生じる場合があると、所望の形状の凹部12が形成されない場合がある。よって、曲面部24の曲率半径は、曲率半径の平均値に対して±50%以内となるように形成することが好ましい。また、±30%以内となるように形成するとより好ましく、±10%以内となるように形成することがさらに好ましい。   Further, in the methods shown in FIGS. 4 to 7, if peeling of the masks 21 and 28 or local concentration distribution of the etching solution may occur, the concave portion 12 having a desired shape may not be formed. Therefore, it is preferable to form the curvature radius of the curved surface portion 24 within ± 50% with respect to the average value of the curvature radius. Further, it is more preferable to form so as to be within ± 30%, and it is further preferable to form so as to be within ± 10%.

また、上記のような製造方法を用いる場合、図2(b)に示すように底部13bの位置が深いほど点14aの位置が点14bから離れることとなる。したがって、図2(a)のような平面図におけるそれぞれの凹部12が占有する多角形の面積と底部13の深さには相関がでることになる。したがって、作製した素子と設計の間の差異を判断する指標として凹部12が占有する多角形の面積と底部13の深さの相関を用いることができる。ここで、凹部12が占有する多角形の面積と底部13の深さの相関係数を計算した際に相関係数の絶対値が0.2以上となるように光学素子を加工することが好ましく、相関係数の絶対値が0.4以上となるように光学素子を加工することが好ましい。   Moreover, when using the above manufacturing methods, as shown in FIG.2 (b), the position of the point 14a will separate from the point 14b, so that the position of the bottom part 13b is deep. Therefore, there is a correlation between the area of the polygon occupied by each recess 12 in the plan view as shown in FIG. 2A and the depth of the bottom 13. Therefore, the correlation between the area of the polygon occupied by the recess 12 and the depth of the bottom 13 can be used as an index for determining the difference between the manufactured element and the design. Here, it is preferable to process the optical element so that the absolute value of the correlation coefficient is 0.2 or more when the correlation coefficient between the area of the polygon occupied by the recess 12 and the depth of the bottom 13 is calculated. Preferably, the optical element is processed so that the absolute value of the correlation coefficient is 0.4 or more.

(他の構造の光学素子)
次に、本実施の形態における他の構造の光学素子について説明する。
(Optical element of other structure)
Next, optical elements of other structures in the present embodiment will be described.

図8に示す構造の光学素子30は、基材31の表面に複数の凸部32が形成されている構造のものである。なお、図8(a)は、本実施の形態における光学素子の平面図であり、図8(b)は、図8(a)における一点鎖線8A−8Bにおいて切断した断面図を模式的に示す。この光学素子30においては、基材31は、光学素子10における基材11と同様の材料を用いることができる。また、この光学素子30では、凸部32の頂上部33が、光学素子10の凹部12の底部13に対応しており、凸部32の頂上部33の高さ方向における位置は、底部13の深さ方向における位置に対応している。   An optical element 30 having a structure shown in FIG. 8 has a structure in which a plurality of convex portions 32 are formed on the surface of a base 31. 8 (a) is a plan view of the optical element according to the present embodiment, and FIG. 8 (b) schematically shows a cross-sectional view taken along dashed dotted line 8A-8B in FIG. 8 (a). . In the optical element 30, the base 31 can be made of the same material as the base 11 in the optical element 10. Further, in the optical element 30, the top 33 of the projection 32 corresponds to the bottom 13 of the recess 12 of the optical element 10, and the position in the height direction of the top 33 of the projection 32 is the bottom 13. It corresponds to the position in the depth direction.

複数の凸部32が形成されている光学素子30の製造方法として、グレースケールマスクや成形型によって所定のレジスト形状を形成し、ドライエッチングによって基材に転写させる方法や、プレス成形によって基材の表面に成形型の凹凸を転写する方法を用いることができる。また、基材と成形型の間に樹脂材料を配置させ樹脂材料に凹凸を転写させる方法を用いることができる。   As a method of manufacturing the optical element 30 in which the plurality of convex portions 32 are formed, a method of forming a predetermined resist shape by a gray scale mask or a molding die and transferring it to a substrate by dry etching A method of transferring the unevenness of the mold to the surface can be used. Alternatively, a method may be used in which a resin material is disposed between the base and the mold and the unevenness is transferred to the resin material.

ドライエッチングやプレス成形する場合、高さ方向の平均的な変位量Δzavgが大きいとドライエッチングのエッチング量が大きくなり加工が困難になる、また、プレス成形を用いる場合は加工の欠点が生じるなどの問題が生じるため、加工の観点からも式(1)〜式(3)のいずれかを満たすことが好ましい。 In the case of dry etching or press molding, if the average displacement amount Δz avg in the height direction is large, the etching amount of dry etching will be large and processing will be difficult, and if press molding is used, processing defects will occur From the viewpoint of processing, it is preferable to satisfy any of the formulas (1) to (3).

上記の加工方法における成形型として切削による成形型のほかに、製造方法1〜4に記載の方法によって加工した成形型を用いることができる。また、製造方法1〜4に記載の方法によって加工した成形型のレプリカを作成することでそのレプリカを成形型として使用してもよい。   As a mold in the above processing method, in addition to a mold by cutting, it is possible to use a mold processed by the method described in the manufacturing methods 1 to 4. Moreover, the replica may be used as a molding die by creating a replica of the molding die processed by the method described in the manufacturing methods 1 to 4.

また、図9に示す構造の光学素子40は、反射型の光学素子であって、基材41の表面に複数の凹部42が形成されており、凹部42が形成されている面に反射膜44が形成されている構造のものである。なお、図9(a)は、本実施の形態における光学素子の平面図であり、図9(b)は、図9(a)における一点鎖線9A−9Bにおいて切断した断面図を模式的に示す。この光学素子40においては、凹部42には、凹部12における底部13と同様に底部43が形成されている。反射膜44は、誘電体多層膜や金属膜により形成することができる。この光学素子40においては、凹部42の周囲の媒質の屈折率をn2、入射する光束の波長をλとした場合、下記の(4)に示す式の関係にある。

2/7≦|2×n2×Δd|/λ≦10・・・・・(4)

なお、本実施の形態における光学素子では、更には、下記の(5)に示される条件であることが好ましく、また、下記の(6)に示される条件であることがより一層好ましい。

2/7≦|2×n2×Δd|/λ≦5・・・・・・(5)

2/7≦|2×n2×Δd|/λ≦2・・・・・・(6)

また、透過および反射のいずれの場合においても、一般的には、底部43の深さ方向における位置に対応する光路長差(ΔL)を用いる場合には、下記の(7)に示す式の関係にある。

2/7≦|ΔL|/λ≦10・・・・・・(7)

前述したように、底部43の深さ方向における位置の分布は、小さい方が好ましいので、下記の(8)に示す関係にあることが好ましく、更には、下記の(9)に示す関係にあることが好ましい。

2/7≦|ΔL|/λ≦5・・・・・・・(8)

2/7≦|ΔL|/λ≦2・・・・・・・(9)

図9に示される光学素子40においては、基材41は、ガラスの他、金属や半導体等の不透明な材料を用いることができる。
Further, the optical element 40 having the structure shown in FIG. 9 is a reflection type optical element, in which a plurality of recesses 42 are formed on the surface of the base material 41, and a reflection film 44 is formed on the surface on which the recesses 42 are formed. Are of the structure formed. 9 (a) is a plan view of the optical element according to the present embodiment, and FIG. 9 (b) schematically shows a cross-sectional view taken along dashed dotted line 9A-9B in FIG. 9 (a). . In the optical element 40, the bottom portion 43 is formed in the recess 42 in the same manner as the bottom portion 13 in the recess 12. The reflective film 44 can be formed of a dielectric multilayer film or a metal film. In the optical element 40, when the refractive index of the medium around the recess 42 is n2 and the wavelength of the incident light beam is λ, the relationship of the equation (4) below is satisfied.

2/7 ≦ | 2 × n 2 × Δd | / λ ≦ 10 (4)

Furthermore, in the optical element according to the present embodiment, it is more preferable that the conditions shown in the following (5) be provided, and it is even more preferable that the conditions shown in the following (6) be provided.

2/7 ≦ | 2 × n 2 × Δd | / λ ≦ 5 (5)

2/7 ≦ | 2 × n 2 × Δd | / λ ≦ 2 (6)

Further, in either case of transmission and reflection, generally, when using the optical path length difference (ΔL) corresponding to the position of the bottom 43 in the depth direction, the relationship of the formula shown in (7) below It is in.

2/7 ≦ | ΔL | / λ ≦ 10 (7)

As described above, the distribution of the position of the bottom portion 43 in the depth direction is preferably smaller, so it is preferable to have the relationship shown in the following (8), and further, it has the relationship shown in the following (9) Is preferred.

2/7 ≦ | ΔL | / λ ≦ 5 (8)

2/7 ≦ | ΔL | / λ ≦ 2 (9)

In the optical element 40 shown in FIG. 9, the base material 41 can be made of an opaque material such as a metal or a semiconductor other than glass.

(投影装置)
次に、本実施の形態における投影装置について説明する。図10には、本実施の形態における投影装置100の構造を模式的に示す。投影装置100は、レーザ光源111a、111b、111c、レンズ112a、112b、112c、光学素子113a、113b、113c、レンズ114a、114b、114c、空間光変調器115a、115b、115c、合波プリズム116、レンズ117を有している。なお、本実施の形態においては、レーザ光源111a、111b、111cより出射されたレーザ光等を光束と記載する場合がある。また、本実施の形態における投影装置100においては、上述した本実施の形態における光学素子10等が、光学素子113a、113b、113cとして用いられている。
(Projecting device)
Next, the projection apparatus in the present embodiment will be described. FIG. 10 schematically shows the structure of the projection apparatus 100 in the present embodiment. The projection apparatus 100 includes laser light sources 111a, 111b and 111c, lenses 112a, 112b and 112c, optical elements 113a, 113b and 113c, lenses 114a, 114b and 114c, spatial light modulators 115a, 115b and 115c, a combining prism 116, A lens 117 is provided. In the present embodiment, the laser light or the like emitted from the laser light sources 111a, 111b, and 111c may be described as a light flux. Further, in the projection apparatus 100 according to the present embodiment, the optical element 10 or the like according to the above-described present embodiment is used as the optical elements 113a, 113b, and 113c.

レーザ光源111aは、例えば、赤色の波長域におけるレーザ光を出射するものであり、レーザ光源111aより出射されたレーザ光は、レンズ112aによってレーザ光の発散角度が調整され、光学素子113aによって拡散され、再び、レンズ114aによって発散角度が調整され、空間光変調器115aを介し、合波プリズム116に入射する。空間光変調器115aでは、例えば、画素ごとにレーザ光の透過、非透過の制御がなされ、赤色に対応する像が形成される。   The laser light source 111a emits, for example, laser light in a red wavelength range, and the laser light emitted from the laser light source 111a is adjusted in the divergence angle of the laser light by the lens 112a and diffused by the optical element 113a. The divergence angle is adjusted again by the lens 114a, and the light enters the combining prism 116 through the spatial light modulator 115a. In the spatial light modulator 115a, for example, control of transmission and non-transmission of laser light is performed for each pixel, and an image corresponding to red is formed.

レーザ光源111bは、例えば、緑色の波長域におけるレーザ光を出射するものであり、レーザ光源111bより出射されたレーザ光は、レンズ112bによってレーザ光の発散角度が調整され、光学素子113bによって拡散され、再び、レンズ114bによって発散角度が調整され、空間光変調器115bを介し、合波プリズム116に入射する。空間光変調器115bでは、例えば、画素ごとにレーザ光の透過、非透過の制御がなされ、緑色に対応する像が形成される。   The laser light source 111b emits, for example, laser light in a green wavelength range, and the laser light emitted from the laser light source 111b is adjusted in the divergence angle of the laser light by the lens 112b and diffused by the optical element 113b. The divergence angle is adjusted again by the lens 114b, and the light enters the combining prism 116 through the spatial light modulator 115b. In the spatial light modulator 115 b, for example, control of transmission and non-transmission of laser light is performed for each pixel, and an image corresponding to green is formed.

レーザ光源111cは、例えば、青色の波長域におけるレーザ光を出射するものであり、レーザ光源111cより出射されたレーザ光は、レンズ112cによってレーザ光の発散角度が調整され、光学素子113cによって拡散され、再び、レンズ114cによって発散角度が調整され、空間光変調器115cを介し、合波プリズム116に入射する。空間光変調器115cでは、例えば、画素ごとにレーザ光の透過、非透過の制御がなされ、青色に対応する像が形成される。   The laser light source 111c emits, for example, laser light in a blue wavelength range, and the laser light emitted from the laser light source 111c is adjusted in the divergence angle of the laser light by the lens 112c and diffused by the optical element 113c. The divergence angle is adjusted again by the lens 114c, and the light enters the combining prism 116 through the spatial light modulator 115c. In the spatial light modulator 115 c, for example, control of transmission and non-transmission of laser light is performed for each pixel, and an image corresponding to blue is formed.

合波プリズム116では、空間光変調器115aからのレーザ光、空間光変調器115bからのレーザ光、空間光変調器115cからのレーザ光が入射し、合波された後出射される。このように、合波プリズム116より出射された合波されたレーザ光の光束は、レンズ117を介して、スクリーン118に投影される。   In the beam combining prism 116, the laser beam from the spatial light modulator 115a, the laser beam from the spatial light modulator 115b, and the laser beam from the spatial light modulator 115c are incident, multiplexed, and then emitted. Thus, the light beam of the combined laser beam emitted from the combining prism 116 is projected on the screen 118 via the lens 117.

本実施の形態においては、レーザ光源111a、111b、111cとしては、半導体レーザや第二次高調波を発生させる固体レーザなど各種レーザを用いることができる。また、レーザは複数用いてもよい。レーザ光源111a、111b、111cはレーザそのものに限られず、レーザ光源111a、111b、111cに相当するものとして、光ファイバーなどを用いてレーザ光源からの光束を伝播させたものの出射口であってもよい。   In the present embodiment, as the laser light sources 111a, 111b, and 111c, various lasers such as a semiconductor laser and a solid state laser that generates a second harmonic can be used. Also, a plurality of lasers may be used. The laser light sources 111a, 111b, and 111c are not limited to the lasers themselves, and may correspond to the laser light sources 111a, 111b, and 111c, and may be light emission ports of light fluxes from the laser light sources using optical fibers.

また、図10においては、赤、緑、青の各光束に対してレーザを用いているが、赤、緑、青のうち1または複数の光源に対してレーザを用いていればよい。光学素子113a、113b、113cは、赤、緑、青のすべての光束に対して用いる必要はなく、赤、緑、青の光束のうち1つ以上の光束に対して用いていればよい。   Further, in FIG. 10, a laser is used for each of red, green and blue luminous fluxes, but a laser may be used for one or more light sources among red, green and blue. The optical elements 113a, 113b, and 113c need not be used for all the red, green, and blue light beams, and may be used for one or more of the red, green, and blue light beams.

空間光変調器115a、115b、115cとしては、LCOS(Lyquid crystal on Silicon)やDMD(Digital Mirror Device)を用いることができる。図10においては、LCOSを用いた例を示しているが、DMDは反射型の空間光変調器であるため、図10に示すような透過型の配置とするのではなく、合波プリズム116の後段にDMDを設置し、DMDからの反射光をレンズ117によって投影する配置とすればよい。   As the spatial light modulators 115a, 115b, and 115c, LCOS (Lyquid crystal on Silicon) or DMD (Digital Mirror Device) can be used. Although FIG. 10 shows an example using LCOS, since the DMD is a reflection type spatial light modulator, it does not have a transmission type arrangement as shown in FIG. The DMD may be installed at a later stage, and the reflected light from the DMD may be projected by the lens 117.

次に、本実施の形態における投影装置であって、他の構造の投影装置について説明する。図11は、本実施の形態における他の構造の投影装置200を模式的に示すものである。この投影装置200では、光源として青色のレーザ光源201を用いており、青色のレーザ光源から出射される光束は、第1の光学素子202とダイクロイックミラー203を透過した後、レンズ204を介し蛍光ホイール205に照射される。第1の光学素子202には、上述した本実施の形態における光学素子10等が用いられている。   Next, a projector according to the present embodiment, which has another structure, will be described. FIG. 11 schematically shows a projection apparatus 200 having another structure according to the present embodiment. In this projection apparatus 200, the blue laser light source 201 is used as a light source, and a light flux emitted from the blue laser light source passes through the first optical element 202 and the dichroic mirror 203, and then passes through the lens 204 to the fluorescent wheel It is irradiated to 205. For the first optical element 202, the optical element 10 or the like in the above-described present embodiment is used.

図12に示されるように、蛍光ホイール205は、光学素子領域205a、緑色蛍光体領域205b、赤色蛍光体領域205cの3つの領域に分割されている。光学素子領域205aは、第2の光学素子が形成されており、緑色蛍光体領域205bには、緑色発光する蛍光体(蛍光材料)により形成されており、赤色蛍光体領域205cは、赤色発光する蛍光体により形成されている。なお、光学素子領域205aにおける第2の光学素子は、光学素子の実施の形態における光学素子10と同様の構造の光学素子により形成されている。   As shown in FIG. 12, the fluorescent wheel 205 is divided into three regions of an optical element region 205a, a green phosphor region 205b, and a red phosphor region 205c. The second optical element is formed in the optical element region 205a, and the green phosphor region 205b is formed of a phosphor (fluorescent material) that emits green light, and the red phosphor region 205c emits red light It is formed of a phosphor. The second optical element in the optical element region 205a is formed of an optical element having the same structure as the optical element 10 in the embodiment of the optical element.

蛍光ホイール205は、モータ等の回転駆動部205dにより回転させることができ、青色のレーザ光源201からのレーザ光が緑色蛍光体領域205bに照射された場合には緑色光を得ることができ、赤色蛍光体領域205cに照射された場合には赤色光を得ることができる。なお、青色のレーザ光源201からのレーザ光が光学素子領域205aに照射された場合には、青色光は光学素子領域205aを透過する。従って、蛍光ホイール205では回転駆動部205dにより回転させることにより、青色光、緑色光、赤色光を時分割させて出射させることができる。緑色蛍光体領域205b及び赤色蛍光体領域205cにおいて発生する蛍光発光は、図11において、点線で示される光路を通り、即ち、レンズ204を透過し、ダイクロイックミラー203において反射され、レンズ212に入射する。レンズ212を透過した後、合波ミラー211によって反射され、レンズ213を透過した後、インテグレータ214に照射される。本実施の形態においては、緑色蛍光体領域205b、赤色蛍光体領域205cに代えて、または、加えて、黄色蛍光体により形成された黄色蛍光体領域を設けたものであってもよい。   The fluorescent wheel 205 can be rotated by a rotational drive unit 205d such as a motor, and green light can be obtained when the laser light from the blue laser light source 201 is irradiated to the green phosphor region 205b, and red When the phosphor region 205c is irradiated, red light can be obtained. When the laser light from the blue laser light source 201 is irradiated to the optical element region 205a, the blue light passes through the optical element region 205a. Therefore, the blue light, the green light, and the red light can be time-divisionally emitted by rotating the fluorescent wheel 205 by the rotation drive unit 205d. The fluorescence emission generated in the green phosphor region 205 b and the red phosphor region 205 c passes through the optical path shown by a dotted line in FIG. 11, that is, transmits through the lens 204, is reflected by the dichroic mirror 203, and enters the lens 212. . After transmitting through the lens 212, the light is reflected by the multiplexing mirror 211, passes through the lens 213, and is then emitted to the integrator 214. In the present embodiment, a yellow phosphor region formed of a yellow phosphor may be provided instead of or in addition to the green phosphor region 205b and the red phosphor region 205c.

酸化物系、硫化物系の蛍光体としては、黄色発光するYAG系の蛍光体(YAl12:Ce、(Y,Gd)Al12:Ce)、TAG系の蛍光体(TbAl12:Ce)や添加元素によって各色の蛍光発光が発生するシリケート系、アルカリ土類系の蛍光体などを用いることができる。また、窒化物系の蛍光体として添加元素によって各色の蛍光発光が発生するαサイアロン系(SiAlON)、緑色の蛍光発光をするβサイアロン系(SiAlON:Eu)、赤色の蛍光発光をするカズン系(CaAlSi:Eu)を用いることができる。また、酸窒化物系の蛍光体としてLa酸窒化物(LaAl(Si−zAl)N10−zO:Ce)を用いることができる。 As oxide-based and sulfide-based phosphors, yellow-emitting YAG-based phosphors (Y 3 Al 5 O 12 : Ce, (Y, Gd) 3 Al 5 O 12 : Ce), TAG-based phosphors A silicate type or alkaline earth type phosphor or the like in which fluorescence of each color is generated by (Tb 3 Al 5 O 12 : Ce) or an additive element can be used. In addition, α-sialon-based (SiAlON), which emits fluorescence of each color depending on the additive element as a nitride-based phosphor, β-sialon-based (SiAlON: Eu), which emits green fluorescence, and a cyan-based, which emits red fluorescence ( CaAlSi 3 N 3 : Eu) can be used. Further, La oxynitride (LaAl (Si 6 -zAl 2 ) N 10 -zO 2 : Ce) can be used as an oxynitride-based phosphor.

蛍光ホイール205の光学素子領域205aにおける第2の光学素子に青色の光束が照射された場合、第2の光学素子によって拡散され、第2の光学素子を透過した青色の光束は、レンズ206によって発散角を変換される。この後、青色の光束は、ミラー207で反射され、レンズ208を透過し、ミラー209で反射され、レンズ210を透過し、合波ミラー211を透過し、レンズ213を透過した後、インテグレータ214に照射される。   When the second optical element in the optical element region 205 a of the fluorescent wheel 205 is irradiated with the blue light flux, the blue light flux diffused by the second optical element and transmitted through the second optical element is diverged by the lens 206. The corners are converted. After this, the blue light flux is reflected by the mirror 207, transmitted through the lens 208, reflected by the mirror 209, transmitted through the lens 210, transmitted through the multiplexing mirror 211, transmitted through the lens 213, and then transmitted to the integrator 214. It is irradiated.

インテグレータ214から出射される青色、緑色、赤色の光束はレンズ215を透過した後、ミラー216によって反射され、レンズ217を透過し、ミラー218で反射された後、空間光変調器219に照射される。空間光変調器219においては像が形成されており、形成された像は、投影レンズ220を介して外部の不図示のスクリーンに投影される。   The blue, green, and red light beams emitted from the integrator 214 are transmitted through the lens 215, reflected by the mirror 216, transmitted through the lens 217, reflected by the mirror 218, and then irradiated to the spatial light modulator 219. . In the spatial light modulator 219, an image is formed, and the formed image is projected to an external screen (not shown) through the projection lens 220.

ここで、第1の光学素子202は、蛍光ホイール205における蛍光体に照射される光の強度分布を均一化する機能を有している。蛍光ホイール205における蛍光体は、蛍光材料をシリコン樹脂などに混ぜたものであり、高い尖頭値を有する青色の光束を照射すると、高い尖頭値の青色光が照射された領域において、シリコン樹脂の劣化などが生じる。このような劣化を低減するために、第1の光学素子202は用いられている。このように、第1の光学素子202を用いることにより、通常の拡散板のように山型の出射光分布とはならずに、トップハット型の出射光分布を実現できるため光束の尖頭値が下がり、より強度の大きい光束を蛍光体に照射することができる。また、蛍光ホイール205における光学素子領域205aの第2の光学素子は、空間的な強度分布を均一化する機能を有しており、回転させることにより、より均一性を高めることができる。   Here, the first optical element 202 has a function of making the intensity distribution of the light irradiated to the phosphor in the fluorescent wheel 205 uniform. The fluorescent material in the fluorescent wheel 205 is a mixture of a fluorescent material with a silicone resin or the like, and when irradiated with a blue luminous flux having a high peak value, the silicon resin in a region irradiated with blue light with a high peak value. Degradation of the The first optical element 202 is used to reduce such deterioration. As described above, by using the first optical element 202, it is possible to realize top-hat-type emitted light distribution without achieving a mountain-shaped emitted light distribution like a normal diffusion plate, and therefore, the peak value of light flux Can be irradiated to the phosphor with a higher luminous flux. Further, the second optical element of the optical element area 205a in the fluorescent wheel 205 has a function of making the spatial intensity distribution uniform, and by rotating it, the uniformity can be further improved.

次に、本実施の形態における実施例について説明する。なお、例1〜例3は比較例であり、例4〜例12は実施例である。また、例13は比較例であり、例14は実施例である。ここで、例1〜例14において、凹部12の周囲の媒質の屈折率n2は1である。また、各例では拡散角度の半値全幅が3°以下の例を示しているが、本発明はこれに限らず拡散の半値全幅が3°以上の場合においても適応することができる。   Next, an example in the present embodiment will be described. Examples 1 to 3 are comparative examples, and examples 4 to 12 are examples. In addition, Example 13 is a comparative example, and Example 14 is an example. Here, in Examples 1 to 14, the refractive index n2 of the medium around the recess 12 is 1. Although each example shows an example in which the full width at half maximum of the diffusion angle is 3 ° or less, the present invention is not limited to this and can be applied to cases where the full width at half maximum of diffusion is 3 ° or more.

(例1)
最初に、例1における光学素子について、図13に基づき説明する。
(Example 1)
First, the optical element in Example 1 will be described based on FIG.

屈折率1.53のガラスにより形成された基材11を洗浄し、マスク21としてモリブデンを50nm成膜する。モリブデンを成膜後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ、エッチング加工によって、図13(a)に示した配列でφ1μmの開口部をマスク21に形成する。なお、図13(a)は、およそ1mm角内の開口部の位置を示しており、ピッチ50μmで、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるように、面内に配列させたものである。開口部を形成した後、ウェットエッチングにより480μmエッチングを行う。したがって、凹部12における曲面部24の曲率半径は480μmとなる。加工後の光学素子の平面形状は、図13(b)のようになる。図13(b)は白黒の階調で深さを表示しており、深くなるに伴い黒くなるように表示されている。   The base 11 formed of glass with a refractive index of 1.53 is cleaned, and molybdenum is deposited to a thickness of 50 nm as the mask 21. After depositing molybdenum, a resist is applied, and openings of φ 1 μm are formed in the mask 21 in the arrangement shown in FIG. 13A by photolithography and etching. FIG. 13 (a) shows the positions of the openings in an approximately 1 mm square, and they are arranged in a plane such that the shape connecting the nearest openings with a pitch of 50 μm is an equilateral triangle. It is a thing. After the openings are formed, the wet etching is performed to 480 μm. Therefore, the radius of curvature of the curved surface portion 24 in the recess 12 is 480 μm. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG. In FIG. 13B, the depth is displayed in black and white gradations, and is displayed so as to be darkened as it gets deeper.

このような光学素子に、波長が450nmの光を入射した場合の光の出射光分布を計算したものを図13(c)に示す。計算は図13(b)の形状から発生する位相差のフーリエ変換を求めることにより行った。図13(c)に示すように、規則配列による回折が生じ特定の方向に強い光が生じている。図13(d)は、図13(c)の出射光分布のうち水平方向の強度を角度0.21°ごとに平均化し角度に対してグラフ化したものである。図13(c)に示されるように、特定の方向において強い光が生じている。また、図13(c)において角度±1.25°の範囲の光を積算すると75.2%であった。|(n1−n2)×Δd|/λの値は0であった。   What calculated the emitted light distribution of light when light with a wavelength of 450 nm is incident on such an optical element is shown in FIG. The calculation was performed by determining the Fourier transform of the phase difference generated from the shape of FIG. As shown in FIG. 13 (c), diffraction due to the regular arrangement occurs and strong light is produced in a specific direction. FIG. 13 (d) is a graph in which the intensity in the horizontal direction in the outgoing light distribution of FIG. 13 (c) is averaged at every angle of 0.21 ° and is plotted against the angle. As shown in FIG. 13 (c), strong light is generated in a specific direction. Moreover, it was 75.2% when integrating | accumulating the light of the range of angle +/- 1.25 degrees in FIG.13 (c). The value of | (n1−n2) × Δd | / λ was 0.

(例2)
次に、例2における光学素子について、例1と相違する点を中心に図14に基づき説明する。
(Example 2)
Next, the optical element in Example 2 will be described based on FIG. 14 focusing on the points different from Example 1.

図14(a)に示した配列でφ1μmの開口部をマスク21に形成する。なお、図14(a)は、およそ1mm角内の開口部の位置を示しており、ピッチ50μmで、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるように、面内に配列させたものに対して、ピッチの25%の値で位置に不規則性を導入したものである。開口部を形成した後、ウェットエッチングによって480μmエッチングを行う。したがって、凹部12における曲面部24の曲率半径は480μmとなる。加工後の光学素子の平面形状は、図14(b)のようになる。図14(b)は白黒の階調で深さを表示しており、深くなるに伴い黒くなるように表示されている。   Openings with a diameter of 1 μm are formed in the mask 21 in the arrangement shown in FIG. FIG. 14 (a) shows the positions of the openings in a square of about 1 mm, and they are arranged in a plane such that the shape connecting the nearest openings with a pitch of 50 μm is an equilateral triangle. Irregularities are introduced in the position at a value of 25% of the pitch relative to the ones. After the openings are formed, wet etching is performed to 480 μm. Therefore, the radius of curvature of the curved surface portion 24 in the recess 12 is 480 μm. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG. In FIG. 14B, the depth is displayed in black and white gradations, and is displayed so as to become darker as it gets deeper.

このような光学素子に、波長が450nmの光を入射した場合の光の出射光分布を計算したものを図14(c)に示す。計算は図14(b)の形状から発生する位相差のフーリエ変換を求めることで行った。図14(c)に示すように、規則配列による回折が生じ特定の方向に強い光が生じており、特に直進透過する光量が大きい。図14(d)は、図14(c)の出射光分布のうち水平方向の強度を角度0.21°ごとに平均化し角度に対してグラフ化したものである。図14(c)に示されるように、特定の方向に強い光が生じている。また、図14(c)において角度±1.25°の範囲の光を積算すると69.4%であった。|(n1−n2)×Δd|/λの値は0であった。   What calculated the emitted light distribution of the light at the time of entering light with a wavelength of 450 nm to such an optical element is shown in FIG.14 (c). The calculation was performed by determining the Fourier transform of the phase difference generated from the shape of FIG. As shown in FIG. 14C, diffraction due to the regular arrangement occurs and strong light is generated in a specific direction, and in particular, the amount of light to be transmitted straight is large. FIG. 14 (d) is a graph in which the intensities in the horizontal direction in the outgoing light distribution of FIG. 14 (c) are averaged at every angle of 0.21 ° and plotted against the angle. As shown in FIG. 14C, strong light is generated in a specific direction. Moreover, it was 69.4% when integrating | accumulating the light of the range of angle +/- 1.25 degrees in FIG.14 (c). The value of | (n1−n2) × Δd | / λ was 0.

(例3)
次に、例3における光学素子について、例1と相違する点を中心に図15に基づき説明する。
(Example 3)
Next, the optical element in Example 3 will be described based on FIG. 15 focusing on the points different from Example 1.

図15(a)に示した配列でφ1μmの開口部をマスク21に形成する。なお、図15(a)は、およそ1mm角内の開口部の位置を示しており、ピッチ50μmで、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるように、面内に配列させたものに対して、ピッチの50%の値で位置に不規則性を導入したものである。開口部を形成した後、ウェットエッチングによって480μmエッチングを行う。したがって、凹部12における曲面部24の曲率半径は480μmとなる。加工後の光学素子の平面形状は、図15(b)のようになる。図15(b)は白黒の階調で深さを表示しており、深くなるに伴い黒くなるように表示されている。   Openings with a diameter of 1 μm are formed in the mask 21 in the arrangement shown in FIG. FIG. 15 (a) shows the positions of the openings in an approximately 1 mm square, and they are arranged in a plane such that the shape connecting the nearest openings with a pitch of 50 μm is an equilateral triangle. Irregularities are introduced in the position at a value of 50% of the pitch with respect to the ones. After the openings are formed, wet etching is performed to 480 μm. Therefore, the radius of curvature of the curved surface portion 24 in the recess 12 is 480 μm. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG. In FIG. 15 (b), the depth is displayed in black and white gradations, and is displayed so as to be darkened as it gets deeper.

このような光学素子に、波長が450nmの光を入射した場合の光の出射光分布を計算したものを図15(c)に示す。計算は図15(b)の形状から発生する位相差のフーリエ変換を求めることで行った。図15(c)に示すように、特に直進透過する光量が大きい。図15(d)は、図15(c)の出射光分布のうち水平方向の強度を角度0.21°ごとに平均化し角度に対してグラフ化したものである。図15(c)に示されるように、直進透過の方向に強い光が生じている。また、図15(c)において角度±1.25°の範囲の光を積算すると62.9%であった。|(n1−n2)×Δd|/λの値は0であった。   What calculated the emitted light distribution of the light in case the light of wavelength 450nm injects into such an optical element is shown in FIG.15 (c). The calculation was performed by determining the Fourier transform of the phase difference generated from the shape of FIG. As shown in FIG. 15 (c), the amount of light that goes straight through is particularly large. FIG. 15 (d) is a graph in which the intensity in the horizontal direction in the outgoing light distribution of FIG. 15 (c) is averaged at every angle of 0.21 ° and is plotted against the angle. As shown in FIG. 15 (c), strong light is generated in the direction of straight transmission. Moreover, it was 62.9% when integrating | accumulating the light of the range of angle +/- 1.25 degrees in FIG.15 (c). The value of | (n1−n2) × Δd | / λ was 0.

(例4)
次に、例4における光学素子について、図16に基づき説明する。
(Example 4)
Next, the optical element in Example 4 will be described based on FIG.

屈折率1.53のガラスにより形成された基材11を洗浄し、薄膜層25としてSiOを45nm成膜し、マスク21としてモリブデンを50nm成膜する。モリブデンを成膜後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ、エッチング加工によって、図16(a)に示した配列でφ1μmの開口部をマスク21に形成する。なお、図16(a)は、およそ1mm角内の開口部の位置を示しており、ピッチ50μmで、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるように面内に配列させたものである。開口部を形成した後、フォトリソグラフィとエッチングによってSiOをパターニングし、ザグリ部26の深さが基準深さに対して0nmまたは45nmの2値の値となるように形成する。ザグリ部26を形成した後、SiOとガラス基材のエッチングレート比が10となるように調整されたウェットエッチング液によって、480μmエッチングを行う。したがって、凹部12における曲面部24の曲率半径は略480μmとなり、凹部12における底部13の位置の深さ方向の分布範囲は、450nmとなる。ここで底部13の位置の深さ方向の分布範囲の2値のある水準に75%以上の底部13が配置されないように、各底部13の深さ方向の位置が不規則になるように配置させている。加工後の光学素子の平面形状は図16(b)のようになる。図16(b)は白黒の階調で深さを表示しており、深くなるに伴い黒くなるように表示されている。 The base 11 formed of glass with a refractive index of 1.53 is cleaned, 45 nm of SiO 2 is formed as the thin film layer 25, and 50 nm of molybdenum is formed as the mask 21. After depositing molybdenum, a resist is applied, and openings of φ 1 μm are formed in the mask 21 in the arrangement shown in FIG. 16A by photolithography and etching. FIG. 16 (a) shows the positions of the openings in an approximately 1 mm square, arranged at a pitch of 50 μm such that the shape connecting the nearest openings is an equilateral triangle. It is. After the openings are formed, the SiO 2 is patterned by photolithography and etching so that the depth of the counterbore portion 26 becomes a binary value of 0 nm or 45 nm with respect to the reference depth. After the counterbore portion 26 is formed, 480 μm of etching is performed using a wet etching solution adjusted so that the etching rate ratio of SiO 2 to the glass substrate is 10. Therefore, the radius of curvature of the curved surface portion 24 in the recess 12 is approximately 480 μm, and the distribution range in the depth direction of the position of the bottom portion 13 in the recess 12 is 450 nm. Here, the bottom portions 13 are arranged so that the positions in the depth direction of the bottom portions 13 become irregular so that the bottom portions 13 of 75% or more are not arranged at a binary level of the distribution range in the depth direction of the positions of the bottom portions 13 ing. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG. In FIG. 16B, the depth is displayed in black and white gradations, and is displayed so as to be darkened as it gets deeper.

このような光学素子に、波長が450nmの光を入射した場合の光の出射光分布を計算したものを図16(c)に示す。計算は図16(b)の形状から発生する位相差のフーリエ変換を求めることで行った。図16(c)に示すように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。図16(d)は、図16(c)の出射光分布のうち水平方向の強度を角度0.21°ごとに平均化し角度に対してグラフ化したものである。図16(c)に示されるように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。また、図16(c)において角度±1.25°の範囲の光を積算すると71.2%であった。|(n1−n2)×Δd|/λの値は0.53であった。   What calculated the emitted light distribution of the light at the time of entering light with a wavelength of 450 nm to such an optical element is shown in FIG.16 (c). The calculation was performed by determining the Fourier transform of the phase difference generated from the shape of FIG. As shown in FIG. 16C, the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. FIG. 16 (d) is a graph in which the intensities in the horizontal direction in the outgoing light distribution of FIG. 16 (c) are averaged at every angle of 0.21 ° and plotted against the angle. As shown in FIG. 16C, the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. Moreover, it was 71.2% when integrating | accumulating the light of the range of angle +/- 1.25 degrees in FIG.16 (c). The value of | (n1−n2) × Δd | / λ was 0.53.

(例5)
次に、例5における光学素子について、例4と相違する点を中心に図17に基づき説明する。
(Example 5)
Next, the optical element in Example 5 will be described based on FIG. 17 focusing on the points different from Example 4.

図17(a)に示した配列でφ1μmの開口部をマスク21に形成する。なお、図17(a)は、およそ1mm角内の開口部の位置を示しており、ピッチ50μmで、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるように面内に配列させたものに対してピッチの25%の値で位置に不規則性を導入したものである。開口部を形成した後に、フォトリソグラフィとエッチングによってSiOをパターニングし、ザグリ部26の深さが基準深さに対して0nmまたは45nmの2値の値となるようにする。ザグリ部26を形成した後、SiOとガラス基材のエッチングレート比が10となるように調整されたウェットエッチング液によって480μmエッチングを行う。したがって、凹部12における曲面部24の曲率半径は略480μmとなり、凹部12における底部13の位置の深さ方向の分布範囲は450nmとなる。ここで底部13の位置の深さ方向の分布範囲の2値のある水準に75%以上の底部13が配置されないように、各底部13の深さ方向の位置が不規則になるように配置させている。加工後の光学素子の平面形状は図17(b)のようになる。図17(b)は白黒の階調で深さを表示しており、深くなるに伴い黒くなるように表示されている。 Openings with a diameter of 1 μm are formed in the mask 21 in the arrangement shown in FIG. FIG. 17 (a) shows the positions of the openings in an approximately 1 mm square, arranged at a pitch of 50 μm such that the shape connecting the nearest openings is an equilateral triangle. In contrast to the above, the irregularity of the position is introduced at a value of 25% of the pitch. After the openings are formed, SiO 2 is patterned by photolithography and etching so that the depth of the counterbore portion 26 becomes a binary value of 0 nm or 45 nm with respect to the reference depth. After the counterbore portion 26 is formed, 480 μm etching is performed with a wet etching solution adjusted so that the etching rate ratio of SiO 2 to the glass substrate is 10. Therefore, the radius of curvature of the curved surface portion 24 in the recess 12 is approximately 480 μm, and the distribution range in the depth direction of the position of the bottom portion 13 in the recess 12 is 450 nm. Here, the bottom portions 13 are arranged so that the positions in the depth direction of the bottom portions 13 become irregular so that the bottom portions 13 of 75% or more are not arranged at a binary level of the distribution range in the depth direction of the positions of the bottom portions 13 ing. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG. In FIG. 17B, the depth is displayed in black and white gradations, and is displayed so as to be darkened as it gets deeper.

このような光学素子に、波長が450nmの光を入射した場合の光の出射光分布を計算したものを図17(c)に示す。計算は図17(b)の形状から発生する位相差のフーリエ変換を求めることで行った。図17(c)に示すように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。図17(d)は、図17(c)の出射光分布のうち水平方向の強度を角度0.21°ごとに平均化し角度に対してグラフ化したものである。図17(c)に示されるように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。また、図17(c)において角度±1.25°の範囲の光を積算すると67.2%であった。|(n1−n2)×Δd|/λの値は0.53であった。   What calculated the emitted light distribution of the light in case the light of wavelength 450nm injects into such an optical element is shown in FIG.17 (c). The calculation was performed by determining the Fourier transform of the phase difference generated from the shape of FIG. As shown in FIG. 17C, the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. FIG. 17 (d) is a graph in which the intensities in the horizontal direction in the outgoing light distribution of FIG. 17 (c) are averaged at every angle of 0.21 ° and the angle is plotted. As shown in FIG. 17 (c), the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. Moreover, it was 67.2% when the light of the range of angle +/- 1.25 degrees was integrated in FIG.17 (c). The value of | (n1−n2) × Δd | / λ was 0.53.

(例6)
次に、例6における光学素子について、例4と相違する点を中心に図18に基づき説明する。
(Example 6)
Next, the optical element in Example 6 will be described based on FIG. 18 focusing on the points different from Example 4.

図18(a)に示した配列でφ1μmの開口部をマスク21に形成する。なお、図18(a)は、およそ1mm角内の開口部の位置を示しており、ピッチ50μmで、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるように面内に配列させたものに対してピッチの50%の値で位置に不規則性を導入したものである。開口部を形成した後に、フォトリソグラフィとエッチングによってSiOをパターニングし、ザグリ部26の深さが基準深さに対して0nmまたは45nmの2値の値となるようにする。ザグリ部26を形成した後、SiOとガラス基材のエッチングレート比が10となるように調整されたウェットエッチング液によって480μmエッチングを行う。したがって、凹部12における曲面部24の曲率半径は略480μmとなり、凹部12における底部13の位置の深さ方向の分布範囲は450nmとなる。ここで底部13の位置の深さ方向の分布範囲の2値のある水準に75%以上の底部13が配置されないように、各底部13の深さ方向の位置が不規則になるように配置させている。加工後の光学素子の平面形状は図18(b)のようになる。図18(b)は白黒の階調で深さを表示しており、深くなるに伴い黒くなるように表示されている。 Openings with a diameter of 1 μm are formed in the mask 21 in the arrangement shown in FIG. FIG. 18 (a) shows the positions of the openings in an approximately 1 mm square, arranged at a pitch of 50 μm such that the shape connecting the nearest openings is an equilateral triangle. The irregularity of the position is introduced at a value of 50% of the pitch. After the openings are formed, SiO 2 is patterned by photolithography and etching so that the depth of the counterbore portion 26 becomes a binary value of 0 nm or 45 nm with respect to the reference depth. After the counterbore portion 26 is formed, 480 μm etching is performed with a wet etching solution adjusted so that the etching rate ratio of SiO 2 to the glass substrate is 10. Therefore, the radius of curvature of the curved surface portion 24 in the recess 12 is approximately 480 μm, and the distribution range in the depth direction of the position of the bottom portion 13 in the recess 12 is 450 nm. Here, the bottom portions 13 are arranged so that the positions in the depth direction of the bottom portions 13 become irregular so that the bottom portions 13 of 75% or more are not arranged at a binary level of the distribution range in the depth direction of the positions of the bottom portions 13 ing. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG. In FIG. 18B, the depth is displayed in black and white gradations, and is displayed so as to be darkened as it gets deeper.

このような光学素子に、波長が450nmの光を入射した場合の光の出射光分布を計算したものを図18(c)に示す。計算は図18(b)の形状から発生する位相差のフーリエ変換を求めることで行った。図18(c)に示すように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。図18(d)は、図18(c)の出射光分布のうち水平方向の強度を角度0.21°ごとに平均化し角度に対してグラフ化したものである。図18(c)に示されるように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。また、図18(c)において角度±1.25°の範囲の光を積算すると60.4%であった。|(n1−n2)×Δd|/λの値は0.53であった。   What calculated the emitted light distribution of the light at the time of entering light with a wavelength of 450 nm to such an optical element is shown in FIG.18 (c). The calculation was performed by determining the Fourier transform of the phase difference generated from the shape of FIG. As shown in FIG. 18C, the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. FIG. 18D shows the intensity in the horizontal direction of the emitted light distribution of FIG. 18C averaged at every 0.21 ° angle and graphed with respect to the angle. As shown in FIG. 18C, the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. Moreover, it was 60.4% when integrating | accumulating the light of the range of angle +/- 1.25 degrees in FIG.18 (c). The value of | (n1−n2) × Δd | / λ was 0.53.

(例7)
次に、例7における光学素子について、図19に基づき説明する。
(Example 7)
Next, the optical element in Example 7 will be described based on FIG.

屈折率1.53のガラスにより形成された基材11を洗浄し、薄膜層25としてSiOを90nm成膜し、マスク21としてモリブデンを50nm成膜する。モリブデンを成膜後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ、エッチング加工によって、図19(a)に示した配列でφ1μmの開口部をマスク21に形成する。なお、図19(a)は、およそ1mm角内の開口部の位置を示しており、ピッチ50μmで、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるように面内に配列させたものである。開口部を形成した後に、フォトリソグラフィとエッチングによってSiOをパターニングし、ザグリ部26の深さが基準深さに対して1段の深さの間隔が11.25nmとなるように8値の深さとなるようにする。ザグリ部26を形成した後、SiOとガラス基材のエッチングレート比が10となるように調整されたウェットエッチング液によって480μmエッチングを行う。したがって、凹部12における曲面部24の曲率半径は略480μmとなり、凹部12における底部13の位置の深さ方向の分布範囲は787.5nmとなる。ここで底部13の位置の深さ方向の分布範囲の8値のある水準に50%以上の底部13が配置されないように、各底部13の深さ方向の位置が不規則になるように配置させている。加工後の光学素子の平面形状は図19(b)のようになる。図19(b)は白黒の階調で深さを表示しており、深くなるに伴い黒くなるように表示されている。 The base 11 formed of glass with a refractive index of 1.53 is cleaned, 90 nm of SiO 2 is formed as the thin film layer 25, and 50 nm of molybdenum is formed as the mask 21. After depositing molybdenum, a resist is applied, and openings of φ 1 μm are formed in the mask 21 in the arrangement shown in FIG. 19A by photolithography and etching. FIG. 19 (a) shows the positions of the openings in an approximately 1 mm square, arranged at a pitch of 50 μm such that the shape connecting the nearest openings is an equilateral triangle. It is. After the openings are formed, the SiO 2 is patterned by photolithography and etching, and the depth of the countersunk portion 26 is an eight-value depth such that the distance between the depths of one step with respect to the reference depth is 11.25 nm. To be After the counterbore portion 26 is formed, 480 μm etching is performed with a wet etching solution adjusted so that the etching rate ratio of SiO 2 to the glass substrate is 10. Therefore, the radius of curvature of the curved surface portion 24 in the recess 12 is approximately 480 μm, and the distribution range in the depth direction of the position of the bottom portion 13 in the recess 12 is 787.5 nm. Here, the bottom portions 13 are arranged so that the positions in the depth direction of the bottom portions 13 are irregular so that the bottom portions 13 of 50% or more are not arranged at a certain value level of the distribution range of the bottom portions 13 in the depth direction. ing. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG. In FIG. 19B, the depth is displayed in black and white gradations, and is displayed so as to be darkened as it gets deeper.

このような光学素子に、波長が450nmの光を入射した場合の光の出射光分布を計算したものを図19(c)に示す。計算は図19(b)の形状から発生する位相差のフーリエ変換を求めることで行った。図19(c)に示すように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。図19(d)は、図19(c)の出射光分布のうち水平方向の強度を角度0.21°ごとに平均化し角度に対してグラフ化したものである。図19(c)に示されるように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。また、図19(c)において角度±1.25°の範囲の光を積算すると70.6%であった。|(n1−n2)×Δd|/λの値は0.93であった。   What calculated the emitted light distribution of the light at the time of entering light with a wavelength of 450 nm to such an optical element is shown in FIG.19 (c). The calculation was performed by determining the Fourier transform of the phase difference generated from the shape of FIG. 19 (b). As shown in FIG. 19C, the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. FIG. 19 (d) is a graph in which the intensities in the horizontal direction in the outgoing light distribution of FIG. 19 (c) are averaged at every angle of 0.21 ° and plotted against the angle. As shown in FIG. 19 (c), the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. Moreover, it was 70.6% when integrating | accumulating the light of the range of angle +/- 1.25 degrees in FIG.19 (c). The value of | (n1−n2) × Δd | / λ was 0.93.

(例8)
次に、例8における光学素子について、例7と相違する点を中心に図20に基づき説明する。
(Example 8)
Next, the optical element in Example 8 will be described based on FIG. 20, focusing on the difference from Example 7.

図20(a)に示した配列でφ1μmの開口部をマスク21に形成する。なお、図20(a)は、およそ1mm角内の開口部の位置を示しており、ピッチ50μmで、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるように面内に配列させたものに対してピッチの25%の値で位置に不規則性を導入したものである。開口部を形成した後に、フォトリソグラフィとエッチングによってSiOをパターニングし、ザグリ部26の深さが基準深さに対して1段の深さの間隔が11.25nmとなるように8値の深さとなるようにする。ザグリ部26を形成した後、SiOとガラス基材のエッチングレート比が10となるように調整されたウェットエッチング液によって480μmエッチングを行う。したがって、凹部12における曲面部24の曲率半径は略480μmとなり、凹部12における底部13の位置の深さ方向の分布範囲は787.5nmとなる。ここで底部13の位置の深さ方向の分布範囲の8値のある水準に50%以上の底部13が配置されないように、各底部13の深さ方向の位置が不規則になるように配置させている。加工後の光学素子の平面形状は図20(b)のようになる。図20(b)は白黒の階調で深さを表示しており、深くなるに伴い黒くなるように表示されている。 Openings of φ1 μm are formed in the mask 21 in the arrangement shown in FIG. FIG. 20 (a) shows the positions of the openings in an approximately 1 mm square, arranged at a pitch of 50 μm such that the shape connecting the nearest openings is an equilateral triangle. In contrast to the above, the irregularity of the position is introduced at a value of 25% of the pitch. After the openings are formed, the SiO 2 is patterned by photolithography and etching, and the depth of the countersunk portion 26 is an eight-value depth such that the distance between the depths of one step with respect to the reference depth is 11.25 nm. To be After the counterbore portion 26 is formed, 480 μm etching is performed with a wet etching solution adjusted so that the etching rate ratio of SiO 2 to the glass substrate is 10. Therefore, the radius of curvature of the curved surface portion 24 in the recess 12 is approximately 480 μm, and the distribution range in the depth direction of the position of the bottom portion 13 in the recess 12 is 787.5 nm. Here, the bottom portions 13 are arranged so that the positions in the depth direction of the bottom portions 13 are irregular so that the bottom portions 13 of 50% or more are not arranged at a certain value level of the distribution range of the bottom portions 13 in the depth direction. ing. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG. In FIG. 20B, the depth is displayed in black and white gradations, and is displayed so as to become darker as it gets deeper.

このような光学素子に、波長が450nmの光を入射した場合の光の出射光分布を計算したものを図20(c)に示す。計算は図20(b)の形状から発生する位相差のフーリエ変換を求めることで行った。図20(c)に示すように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。図20(d)は、図20(c)の出射光分布のうち水平方向の強度を角度0.21°ごとに平均化し角度に対してグラフ化したものである。図20(c)に示されるように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。また、図20(c)において角度±1.25°の範囲の光を積算すると66.6%であった。|(n1−n2)×Δd|/λの値は0.93であった。   What calculated the emitted light distribution of the light in case the light of wavelength 450nm injects into such an optical element is shown in FIG.20 (c). The calculation was performed by determining the Fourier transform of the phase difference generated from the shape of FIG. As shown in FIG. 20 (c), the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. FIG. 20 (d) is a graph in which the intensity in the horizontal direction in the outgoing light distribution of FIG. 20 (c) is averaged at every angle of 0.21 ° and is plotted against the angle. As shown in FIG. 20 (c), the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. Moreover, it was 66.6% when integrating | accumulating the light of the range of angle +/- 1.25 degrees in FIG.20 (c). The value of | (n1−n2) × Δd | / λ was 0.93.

(例9)
次に、例9における光学素子について、例7と相違する点を中心に図21に基づき説明する。
(Example 9)
Next, the optical element in Example 9 will be described based on FIG. 21 focusing on the points different from Example 7.

図21(a)に示した配列でφ1μmの開口部をマスク21に形成する。なお、図21(a)は、およそ1mm角内の開口部の位置を示しており、ピッチ50μmで、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるように面内に配列させたものに対してピッチの50%の値で位置に不規則性を導入したものである。開口部を形成した後に、フォトリソグラフィとエッチングによってSiOをパターニングし、ザグリ部26の深さが基準深さに対して1段の深さの間隔が11.25nmとなるように8値の深さとなるようにする。ザグリ部26を形成した後、SiOとガラス基材のエッチングレート比が10となるように調整されたウェットエッチング液によって480μmエッチングを行う。したがって、凹部12における曲面部24の曲率半径は略480μmとなり、凹部12における底部13の位置の深さ方向の分布範囲は787.5nmとなる。ここで底部13の位置の深さ方向の分布範囲の8値のある水準に50%以上の底部13が配置されないように、各底部13の深さ方向の位置が不規則になるように配置させている。加工後の光学素子の平面形状は図21(b)のようになる。図21(b)は白黒の階調で深さを表示しており、深くなるに伴い黒くなるように表示されている。 An opening of φ1 μm is formed in the mask 21 in the arrangement shown in FIG. FIG. 21 (a) shows the positions of the openings in an approximately 1 mm square, arranged at a pitch of 50 μm such that the shape connecting the nearest openings is an equilateral triangle. The irregularity of the position is introduced at a value of 50% of the pitch. After the openings are formed, the SiO 2 is patterned by photolithography and etching, and the depth of the countersunk portion 26 is an eight-value depth such that the distance between the depths of one step with respect to the reference depth is 11.25 nm. To be After the counterbore portion 26 is formed, 480 μm etching is performed with a wet etching solution adjusted so that the etching rate ratio of SiO 2 to the glass substrate is 10. Therefore, the radius of curvature of the curved surface portion 24 in the recess 12 is approximately 480 μm, and the distribution range in the depth direction of the position of the bottom portion 13 in the recess 12 is 787.5 nm. Here, the bottom portions 13 are arranged so that the positions in the depth direction of the bottom portions 13 are irregular so that the bottom portions 13 of 50% or more are not arranged at a certain value level of the distribution range of the bottom portions 13 in the depth direction. ing. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG. In FIG. 21B, the depth is displayed in black and white gradations, and is displayed so as to be darkened as it gets deeper.

このような光学素子に、波長が450nmの光を入射した場合の光の出射光分布を計算したものを図21(c)に示す。計算は図21(b)の形状から発生する位相差のフーリエ変換を求めることで行った。図21(c)に示すように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。図21(d)は、図21(c)の出射光分布のうち水平方向の強度を角度0.21°ごとに平均化し角度に対してグラフ化したものである。図21(c)に示されるように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。また、図21(c)において角度±1.25°の範囲の光を積算すると59.5%であった。|(n1−n2)×Δd|/λの値は0.93であった。   What calculated the emitted light distribution of the light at the time of entering light with a wavelength of 450 nm to such an optical element is shown in FIG.21 (c). The calculation was performed by determining the Fourier transform of the phase difference generated from the shape of FIG. 21 (b). As shown in FIG. 21 (c), the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. FIG. 21 (d) is a graph in which the intensities in the horizontal direction in the outgoing light distribution of FIG. 21 (c) are averaged at every angle of 0.21 ° and plotted against the angle. As shown in FIG. 21 (c), the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. Moreover, it was 59.5% when integrating | accumulating the light of the range of angle +/- 1.25 degrees in FIG.21 (c). The value of | (n1−n2) × Δd | / λ was 0.93.

(例10)
次に、例10における光学素子について、図22に基づき説明する。
(Example 10)
Next, the optical element in Example 10 will be described based on FIG.

屈折率1.53のガラスにより形成された基材11を洗浄し、薄膜層25としてSiOを24.3nm成膜し、マスク21としてモリブデンを50nm成膜する。モリブデンを成膜後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ、エッチング加工によって、図22(a)に示した配列でφ1μmの開口部をマスク21に形成する。なお、図22(a)は、およそ1mm角内の開口部の位置を示しており、ピッチ50μmで、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるように面内に配列させたものである。開口部を形成した後に、フォトリソグラフィとエッチングによってSiOをパターニングし、ザグリ部26の深さが基準深さに対して0nmまたは24.3nmの2値の値となるようにする。ザグリ部26を形成した後、SiOとガラス基材のエッチングレート比が10となるように調整されたウェットエッチング液によって480μmエッチングを行う。したがって、凹部12における曲面部24の曲率半径は略480μmとなり、凹部12における底部13の位置の深さ方向の分布範囲は243nmとなる。ここで底部13の位置の深さ方向の分布範囲の2値のある水準に75%以上の底部13が配置されないように、各底部13の深さ方向の位置が不規則になるように配置させている。加工後の光学素子の平面形状は図22(b)のようになる。図22(b)は白黒の階調で深さを表示しており、深くなるに伴い黒くなるように表示されている。 The base material 11 formed of glass with a refractive index of 1.53 is cleaned, 24.3 nm of SiO 2 is formed as the thin film layer 25, and 50 nm of molybdenum is formed as the mask 21. After depositing molybdenum, a resist is applied, and openings of φ1 μm are formed in the mask 21 in the arrangement shown in FIG. 22A by photolithography and etching. FIG. 22 (a) shows the positions of the openings in an approximately 1 mm square, arranged at a pitch of 50 μm such that the shape connecting the nearest openings is an equilateral triangle. It is. After forming the opening, the SiO 2 is patterned by photolithography and etching so that the depth of the counterbore portion 26 has a binary value of 0 nm or 24.3 nm with respect to the reference depth. After the counterbore portion 26 is formed, 480 μm etching is performed with a wet etching solution adjusted so that the etching rate ratio of SiO 2 to the glass substrate is 10. Therefore, the radius of curvature of the curved surface portion 24 in the recess 12 is approximately 480 μm, and the distribution range in the depth direction of the position of the bottom portion 13 in the recess 12 is 243 nm. Here, the bottom portions 13 are arranged so that the positions in the depth direction of the bottom portions 13 become irregular so that the bottom portions 13 of 75% or more are not arranged at a binary level of the distribution range in the depth direction of the positions of the bottom portions 13 ing. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG. In FIG. 22 (b), the depth is displayed in black and white gradations, and is displayed so as to become darker as it gets deeper.

このような光学素子に、波長450nmの光を入射した場合の光の出射光分布を計算したものを図22(c)に示す。計算は図22(b)の形状から発生する位相差のフーリエ変換を求めることで行った。図22(c)に示すように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。図22(d)は、図22(c)の出射光分布のうち水平方向の強度を角度0.21°ごとに平均化し角度に対してグラフ化したものである。図22(c)に示されるように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。特に、平均化前の直進透過する0次光の光量は1.6%であり、例1における光学素子の0次光の光量の3.2%の半分まで低下している。また、図22(c)において角度±1.25°の範囲の光を積算すると73.2%であった。|(n1−n2)×Δd|/λの値は0.29であった。   What calculated the emitted light distribution of the light at the time of entering the light of wavelength 450nm to such an optical element is shown in FIG.22 (c). The calculation was performed by determining the Fourier transform of the phase difference generated from the shape of FIG. As shown in FIG. 22C, the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. FIG. 22 (d) is a graph in which the intensities in the horizontal direction in the outgoing light distribution of FIG. 22 (c) are averaged at every angle of 0.21 ° and plotted against the angle. As shown in FIG. 22 (c), the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. In particular, the light quantity of the 0th order light transmitted straight before averaging is 1.6%, and is reduced to half of 3.2% of the light quantity of the 0th order light of the optical element in Example 1. Moreover, it was 73.2% when integrating | accumulating the light of the range of angle +/- 1.25 degrees in FIG.22 (c). The value of | (n1−n2) × Δd | / λ was 0.29.

(例11)
次に、例11における光学素子について、図23に基づき説明する。
(Example 11)
Next, the optical element in Example 11 will be described based on FIG.

屈折率1.53のガラスにより形成された基材11を洗浄し、薄膜層25としてSiOを450nm成膜し、マスク21としてモリブデンを50nm成膜する。モリブデンを成膜後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ、エッチング加工によって、図23(a)に示した配列でφ1μmの開口部をマスク21に形成する。なお、図23(a)は、およそ1mm角内の開口部の位置を示しており、ピッチ50μmで、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるように面内に配列させたものに対してピッチの50%の値で位置に不規則性を導入したものである。開口部を形成した後に、フォトリソグラフィとエッチングによってSiOをパターニングし、ザグリ部26の深さが基準深さに対して1段の深さの間隔が56.25nmとなるように8値の深さとなるようにする。ザグリ部26を形成した後、SiOとガラス基材のエッチングレート比が10となるように調整されたウェットエッチング液によって480μmエッチングを行う。したがって、凹部12における曲面部24の曲率半径は略480μmとなり、凹部12における底部13の位置の深さ方向の分布範囲は3937.5nmとなる。ここで底部13の位置の深さ方向の分布範囲の8値のある水準に50%以上の底部13が配置されないように、各底部13の深さ方向の位置が不規則になるように配置させている。加工後の光学素子の平面形状は図23(b)のようになる。図23(b)は白黒の階調で深さを表示しており、深くなるに伴い黒くなるように表示されている。 The base 11 formed of glass with a refractive index of 1.53 is cleaned, and a thin film layer 25 is formed of 450 nm of SiO 2 , and a mask 21 is formed of 50 nm of molybdenum. After depositing molybdenum, a resist is applied, and openings of φ 1 μm are formed in the mask 21 in the arrangement shown in FIG. 23A by photolithography and etching. FIG. 23 (a) shows the positions of the openings in an approximately 1 mm square, arranged at a pitch of 50 μm such that the shape connecting the nearest openings is an equilateral triangle. The irregularity of the position is introduced at a value of 50% of the pitch. After the openings are formed, SiO 2 is patterned by photolithography and etching, and the depth of the counterbore 26 is an eight-value depth such that the distance between the depths of one step with respect to the reference depth is 56.25 nm. To be After the counterbore portion 26 is formed, 480 μm etching is performed with a wet etching solution adjusted so that the etching rate ratio of SiO 2 to the glass substrate is 10. Therefore, the radius of curvature of the curved surface portion 24 in the recess 12 is approximately 480 μm, and the distribution range in the depth direction of the position of the bottom portion 13 in the recess 12 is 3937.5 nm. Here, the bottom portions 13 are arranged so that the positions in the depth direction of the bottom portions 13 are irregular so that the bottom portions 13 of 50% or more are not arranged at a certain value level of the distribution range of the bottom portions 13 in the depth direction. ing. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG. In FIG. 23 (b), the depth is displayed in black and white gradations, and is displayed so as to become darker as it gets deeper.

このような光学素子に、波長が450nmの光を入射した場合の光の出射光分布を計算したものを図23(c)に示す。計算は図23(b)の形状から発生する位相差のフーリエ変換を求めることで行った。図23(c)に示すように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。図23(d)は、図23(c)の出射光分布のうち水平方向の強度を角度0.21°ごとに平均化し角度に対してグラフ化したものである。図23(c)に示されるように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。また、図23(d)において角度±1.25°の範囲の光を積算すると37.8%であった。図23(d)において光量分布の半値全幅の値は2.9°となっており、例9の光学素子における光量分布の半値全幅の値である2.6°の1.1倍となっている。|(n1−n2)×Δd|/λの値は4.6であった。   What calculated the emitted light distribution of the light at the time of entering light with a wavelength of 450 nm to such an optical element is shown in FIG.23 (c). The calculation was performed by determining the Fourier transform of the phase difference generated from the shape of FIG. As shown in FIG. 23C, the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. FIG. 23 (d) is a graph in which the intensity in the horizontal direction in the outgoing light distribution of FIG. 23 (c) is averaged at every angle of 0.21 ° and the angle is plotted. As shown in FIG. 23 (c), the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. Moreover, it was 37.8% when integrating | accumulating the light of the range of angle +/- 1.25 degrees in FIG.23 (d). The value of the full width at half maximum of the light amount distribution in FIG. 23D is 2.9 °, which is 1.1 times the value of 2.6 ° that is the value of the full width at half maximum of the light amount distribution in the optical element of Example 9. There is. The value of | (n1−n2) × Δd | / λ was 4.6.

(例12)
次に、例12における光学素子について、図24に基づき説明する。
(Example 12)
Next, the optical element in Example 12 will be described based on FIG.

屈折率1.53のガラスにより形成された基材11を洗浄し、薄膜層25としてSiOを900nm成膜し、マスク21としてモリブデンを50nm成膜する。モリブデンを成膜後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ、エッチング加工によって、図24(a)に示した配列でφ1μmの開口部をマスク21に形成する。なお、図24(a)は、およそ1mm角内の開口部の位置を示しており、ピッチ50μm、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるように面内に配列させたものに対してピッチの50%の値で位置に不規則性を導入したものである。開口部を形成した後に、フォトリソグラフィとエッチングによってSiOをパターニングし、ザグリ部26の深さが基準深さに対して1段の深さの間隔が112.5nmとなるように8値の深さとなるようにする。ザグリ部26を形成した後、SiOとガラス基材のエッチングレート比が10となるように調整されたウェットエッチング液によって480μmエッチングを行う。したがって、凹部12における曲面部24の曲率半径は略480μmとなり、凹部12における底部13の位置の深さ方向の分布範囲は7875nmとなる。ここで底部13の位置の深さ方向の分布範囲の8値のある水準に50%以上の底部13が配置されないように、各底部13の深さ方向の位置が不規則になるように配置させている。加工後の光学素子の平面形状は図24(b)のようになる。図24(b)は白黒の階調で深さを表示しており、深くなるに伴い黒くなるように表示されている。 The base 11 formed of glass with a refractive index of 1.53 is cleaned, and a thin film layer 25 is formed of 900 nm of SiO 2 , and a mask 21 is formed of molybdenum of 50 nm. After depositing molybdenum, a resist is applied, and an opening of φ1 μm is formed in the mask 21 in the arrangement shown in FIG. 24A by photolithography and etching. FIG. 24 (a) shows the positions of the openings in an approximately 1 mm square, in which the pitches of 50 .mu.m and the nearest openings are arranged in a plane so as to form an equilateral triangle. Irregularity is introduced to the position at a value of 50% of the pitch. After the openings are formed, the SiO 2 is patterned by photolithography and etching, and the depth of the counterbore 26 is an eight-value depth such that the distance between the depths of one step with respect to the reference depth is 112.5 nm. To be After the counterbore portion 26 is formed, 480 μm etching is performed with a wet etching solution adjusted so that the etching rate ratio of SiO 2 to the glass substrate is 10. Accordingly, the radius of curvature of the curved surface portion 24 in the recess 12 is approximately 480 μm, and the distribution range in the depth direction of the position of the bottom portion 13 in the recess 12 is 7875 nm. Here, the bottom portions 13 are arranged so that the positions in the depth direction of the bottom portions 13 are irregular so that the bottom portions 13 of 50% or more are not arranged at a certain value level of the distribution range of the bottom portions 13 in the depth direction. ing. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG. In FIG. 24 (b), the depth is displayed in black and white gradations, and is displayed so as to become darker as it gets deeper.

このような光学素子に、波長が450nmの光を入射した場合の光の出射光分布を計算したものを図24(c)に示す。計算は図24(b)の形状から発生する位相差のフーリエ変換を求めることで行った。図24(c)に示すように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。図24(d)は、図24(c)の出射光分布のうち水平方向の強度を角度0.21°ごとに平均化し角度に対してグラフ化したものである。図24(c)に示されるように、回折の影響が低減され特定の方向に出射させる光の強度が低減されている。また、図24(d)において角度±1.25°の範囲の光を積算すると23.6%であった。図24(d)において光量分布の半値全幅の値は4.7°となっており、例9の光学素子における光量分布の半値全幅の値である2.6°の1.8倍となっている。|(n1−n2)×Δd|/λの値は9.3であった。   What calculated the emitted light distribution of the light in case the light of wavelength 450nm injects into such an optical element is shown in FIG.24 (c). The calculation was performed by determining the Fourier transform of the phase difference generated from the shape of FIG. As shown in FIG. 24C, the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. FIG. 24 (d) is a graph in which the intensities in the horizontal direction in the outgoing light distribution of FIG. 24 (c) are averaged at every angle of 0.21 ° and plotted against the angle. As shown in FIG. 24 (c), the influence of diffraction is reduced and the intensity of light emitted in a specific direction is reduced. Moreover, it was 23.6% when integrating | accumulating the light of the range of angle +/- 1.25 degrees in FIG.24 (d). The value of the full width at half maximum of the light amount distribution in FIG. 24D is 4.7 °, which is 1.8 times the value of the full width at half maximum of the light amount distribution of 2.6 in the optical element of Example 9 There is. The value of | (n1−n2) × Δd | / λ was 9.3.

(例13)
次に、例13における光学素子について、図25に基づき説明する。
(Example 13)
Next, the optical element in Example 13 will be described based on FIG.

厚さ2mmの屈折率1.52のガラスを洗浄し、フォトリソグラフィ、エッチング加工によって、最も近い開口部同士を結んだ形状が正三角形となるようにピッチ60μmでφ3μmの開口を面内に配列させた厚さ50nmのモリブデンからなるマスクを作製した。次に、ウェットエッチング液によってエッチングを行った。凹部12における曲面部24の曲率半径を4点測定したところ平均値は296μmとなり、測定点における底部13の位置の深さ方向の分布範囲は0.296μmであった。加工後の光学素子の平面形状は図25(a)のようになっていた。   Clean the glass of 2 mm in thickness and 1.52 in refractive index, and arrange the openings of φ3 μm at a pitch of 60 μm so that the shape connecting the nearest openings becomes an equilateral triangle by photolithography and etching. A mask made of molybdenum having a thickness of 50 nm was produced. Next, etching was performed using a wet etching solution. When the curvature radius of the curved surface portion 24 in the concave portion 12 was measured at four points, the average value was 296 μm, and the distribution range in the depth direction of the position of the bottom portion 13 at the measurement points was 0.296 μm. The planar shape of the processed optical element is as shown in FIG.

このような光学素子に、波長が633nmのレーザ光を入射したところ図25(b)に示すような投影パターンが得られ、周期性による回折パターンの模様が観察された。   When a laser beam having a wavelength of 633 nm was incident on such an optical element, a projection pattern as shown in FIG. 25B was obtained, and a pattern of a diffraction pattern due to periodicity was observed.

(例14)
次に、例14における光学素子について、図26に基づき説明する。
(Example 14)
Next, the optical element in Example 14 will be described based on FIG.

厚さ2mmの屈折率1.52のガラスを洗浄し、フォトリソグラフィ、エッチング加工によって、第1の方向に対して開口の平均的な間隔Pが60μmとなり、第1の方向と直交する方向を第2の方向として、第1の方向に形成される開口の列の各開口の位置の重心の間隔Pが52μmとなるようにφ3μmの開口を配置させた厚さ50nmのモリブデンのマスクを作製した。なお、各開口位置は第1の方向に第1の方向の平均的な間隔の±25%の不規則性を有しており、第2の方向に第2の方向の平均的な間隔の±25%の不規則性を有するようにした。次に、ウェットエッチング液によってエッチングを行った。凹部12における曲面部24の曲率半径を9点測定したところ平均値は322μmとなり、測定点における底部13の位置の深さ方向の分布範囲は1.107μmであった。加工後の光学素子の平面形状は図26(a)のようになっていた。 The glass with a refractive index of 1.52 having a thickness of 2 mm is cleaned, and the average spacing P 1 of the openings is 60 μm with respect to the first direction by photolithography and etching, and the direction perpendicular to the first direction is as a second direction, a mask is fabricated of molybdenum with a thickness of 50nm which is arranged the opening of φ3μm so that the distance P 2 of the center of gravity of the position of each aperture in the row of openings formed in the first direction is 52μm did. Each opening position has an irregularity of ± 25% of the average spacing in the first direction in the first direction, and ±± of the average spacing in the second direction in the second direction. It was made to have 25% irregularity. Next, etching was performed using a wet etching solution. When the curvature radius of the curved surface portion 24 in the concave portion 12 was measured at nine points, the average value was 322 μm, and the distribution range in the depth direction of the position of the bottom 13 at the measurement point was 1.107 μm. The planar shape of the processed optical element was as shown in FIG.

また、曲率半径を測定した9点の凹部を形成する多角形の面積をその最小値で規格化した面積比と凹部の底部の高さ方向の相対位置を示したものを図27に示す。図27から相関係数をもとめると−0.6325となっていた。   Further, FIG. 27 shows an area ratio obtained by normalizing the area of a polygon forming the nine concave portions whose radius of curvature is measured by the minimum value thereof and the relative position in the height direction of the bottom of the concave portion. The correlation coefficient obtained from FIG. 27 is −0.6325.

このような光学素子に、波長が633nmのレーザ光を入射したところ図26(b)に示すような投影パターンが得られ、周期性による投影パターンの模様が観察されなかった。   When a laser beam having a wavelength of 633 nm was incident on such an optical element, a projection pattern as shown in FIG. 26B was obtained, and the pattern of the projection pattern due to the periodicity was not observed.

以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。本発明の光学素子は投影装置に限らず、3次元計測装置などの各種装置に用いることができる。また、照明用の拡散板、カメラのファインダー内の焦点板や、投影装置のスクリーンなど拡散状態を制御するための光学素子として用いることができる。   As mentioned above, although the form concerning the embodiment of the present invention was explained, the above-mentioned contents do not limit the contents of the present invention. The optical element of the present invention is not limited to a projection device, and can be used in various devices such as a three-dimensional measurement device. In addition, it can be used as an optical element for controlling the diffusion state such as a diffusion plate for illumination, a focusing plate in a finder of a camera, a screen of a projection apparatus, and the like.

10 光学素子
11 基材
12、42 凹部
12a、12b 凹部
13、43 底部
13a、13b 底部
14 境界となる点
15 境界となる点
21 マスク
22 ザグリ部
22a 底面
23 平坦部
24 曲面部
25 薄膜層
26 ザグリ部
27 薄膜層
28 マスク
30、40 光学素子
31、41 基材
32 凸部
33 頂上部
44 反射膜
100 投影装置
111a、111b、111c レーザ光源
112a、112b、112c レンズ
113a、113b、113c 光学素子
114a、114b、114c レンズ
115a、115b、115c 空間光変調器
116 合波プリズム
117 レンズ
118 スクリーン
200 投影装置
201 レーザ光源
202 第1の光学素子
203 ダイクロイックミラー
204 レンズ
205 蛍光ホイール
206、208、210、212、213、215、217 レンズ
207、209、216、218 ミラー
211 合波ミラー
214 インテグレータ
219 空間光変調器
220 投影レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 optical element 11 base 12, 42 recessed part 12a, 12b recessed part 13, 43 bottom 13a, 13b bottom 14 bordering point 15 bordering point 21 mask 22 counterbore 22a bottom face 23 flatter 24 curved surface 25 thin film layer 26 counterbore Part 27 Thin film layer 28 Mask 30, 40 Optical element 31, 41 Base material 32 Convex part 44 Reflective film 100 Projection device 111a, 111b, 111c Laser light source 112a, 112b, 112c Lens 113a, 113b, 113c Optical element 114a, 114b, 114c Lenses 115a, 115b, 115c Spatial light modulators 116 Combined prism 117 Lens 118 Screen 200 Projection device 201 Laser light source 202 First optical element 203 Dichroic mirror 204 Lens 205 Fluorescent wheel 206, 208, 210, 212, 213, 215, 217 Lens 207, 209, 216, 218 Mirror 211 Combined mirror 214 Integrator 219 Spatial light modulator 220 Projection lens

Claims (13)

基材の表面には、複数の凹部が形成されており、
前記凹部は、曲面により形成される曲面部を有しており、
前記複数の凹部は、前記凹部の底部の位置が、深さ方向において2以上の異なる位置となるように形成されており、
前記基材の屈折率をn1とし、前記基材の周囲の媒質の屈折率をn2とし、前記基材に入射する光束の波長をλとし、前記複数の凹部における底部の深さ方向の範囲をΔdとした場合、
2/7≦|(n1−n2)×Δd|/λ≦10
であり、
前記曲面部の曲率半径は、曲率半径の平均値に対して±50%以内となるように形成されていることを特徴とする光学素子。
A plurality of recesses are formed on the surface of the substrate,
The recess has a curved portion formed by a curved surface,
The plurality of recessed portions are formed such that the position of the bottom of the recessed portion is two or more different positions in the depth direction,
The refractive index of the base material is n1, the refractive index of the medium around the base material is n2, the wavelength of a light beam incident on the base material is λ, and the range in the depth direction of the bottom of the plurality of recesses is In the case of Δd,
2/7 ≦ | (n1−n2) × Δd | / λ ≦ 10
And
An optical element characterized in that the radius of curvature of the curved surface portion is formed within ± 50% of the average value of the radius of curvature.
前記光学素子は、光を透過することを特徴とする請求項1に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the optical element transmits light. 基材の表面には、複数の凹部が形成されており、
前記凹部は、曲面により形成される曲面部を有しており、
前記複数の凹部は、前記凹部の底部の位置が、深さ方向において2以上の異なる位置となるように形成されており、
前記基材の周囲の媒質の屈折率をn2とし、前記基材に入射する光束の波長をλとし、
前記複数の凹部における底部の深さ方向の範囲をΔdとした場合、
2/7≦|2×n2×Δd|/λ≦10
であり、
前記曲面部の曲率半径は、曲率半径の平均値に対して±50%以内となるように形成されていることを特徴とする光学素子。
A plurality of recesses are formed on the surface of the substrate,
The recess has a curved portion formed by a curved surface,
The plurality of recessed portions are formed such that the position of the bottom of the recessed portion is two or more different positions in the depth direction,
The refractive index of the medium around the substrate is n2, and the wavelength of a light beam incident on the substrate is λ.
Assuming that the range in the depth direction of the bottom of the plurality of recesses is Δd,
2/7 ≦ | 2 × n 2 × Δd | / λ ≦ 10
And
An optical element characterized in that the radius of curvature of the curved surface portion is formed within ± 50% of the average value of the radius of curvature.
前記光学素子は、光を反射することを特徴とする請求項3に記載の光学素子。   The optical element according to claim 3, wherein the optical element reflects light. 前記底部は、所定の周期で配列していることを特徴とする請求項1または3に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the bottom portion is arranged at a predetermined cycle. 前記底部は、不規則に形成されており、
前記底部は、所定の周期で配列している場合における隣り合う点同士の2等分線によって囲まれた領域内に1つ存在していることを特徴とする請求項1または3に記載の光学素子。
The bottom is irregularly formed,
4. The optical device according to claim 1, wherein the bottom portion is present in a region surrounded by bisectors of adjacent points in the case of arranging at a predetermined cycle. element.
前記底部は、平坦部を有することを特徴とする請求項1、3、5、6のいずれかに記載の光学素子。   The said bottom part has a flat part, The optical element in any one of Claim 1, 3, 5, 6 characterized by the above-mentioned. 前記平坦部には、2以上の大きさのものが含まれていることを特徴とする請求項7に記載の光学素子。   The optical element according to claim 7, wherein the flat portion includes two or more sizes. 前記底部の位置が不規則な配列である場合には、規則的な配列のピッチをPとすると、規則的な配列がなされた場合における底部の中心点を基準にして、前記底部は、半径が0.5×Pの円の範囲内に存在するように形成されている請求項1または3に記載の光学素子。   In the case where the position of the bottom is an irregular array, assuming that the pitch of the regular array is P, the bottom has a radius of about the center point of the bottom when the regular array is formed. The optical element according to claim 1 or 3, wherein the optical element is formed to be within the range of a circle of 0.5 × P. 前記底部は、半径が0.25×Pの円の範囲内に存在するように形成されている請求項1、3、9のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to any one of claims 1, 3 and 9, wherein the bottom portion is formed so as to be within a circle having a radius of 0.25 × P. 前記底部は、第1の方向において、平均的な間隔P1で不規則に配置され、
前記第1の方向と直交する方向である第2の方向において、前記第1の方向に形成される前記底部の列の各底部の位置の重心が間隔P2となるように配置されている請求項1、3、9、10のいずれかに記載の光学素子。
The bottoms are randomly arranged at an average spacing P1 in the first direction,
In the second direction which is a direction orthogonal to the first direction, the centers of gravity of the positions of the bottoms of the rows of bottoms formed in the first direction are arranged at an interval P 2. The optical element in any one of 1, 3, 9, 10.
前記底部は、前記底部の列の中の前記第1の方向の底部の間隔が(1±0.25)P1であり、
前記底部の列の前記第2の方向の重心位置に対してそれぞれの前記底部の位置が重心位置に対して±0.25P2である請求項11に記載の光学素子。
The bottom portion has a spacing of the bottom portion in the first direction in the row of bottom portions of (1 ± 0.25) P1.
The optical element according to claim 11, wherein the position of each of the bottoms with respect to the position of the center of gravity in the second direction of the row of bottoms is ± 0.25 P2 with respect to the position of the center of gravity.
請求項1から12のいずれかに記載の光学素子と、
前記光学素子に入射する光を出射する光源と、
を備えた投影装置。
An optical element according to any one of claims 1 to 12,
A light source for emitting light incident on the optical element;
Projection device.
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