JPWO2009031299A1 - 反射防止構造体、光学ユニット及び光学装置 - Google Patents

反射防止構造体、光学ユニット及び光学装置 Download PDF

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Abstract

高い反射防止抑制効果を有する反射防止構造体を実現する。反射防止構造部（５０）は、所定の波長以上の光の反射を抑制すると共に該反射が抑制される光を吸収するものである。この反射防止構造部（５０）は、基準面（５１）上に設けられ基準面（５１）とのなす角αが所定角度となる第１側面（７１）を有する構造単位（７０）が複数並んで構成された基礎構造部（７）と、基礎構造部（７）の表面に形成され、所定の波長以下の周期で規則的に配列された複数の微小凹凸部（８，８，…）とを備えている。

Description

本発明は、所定の波長以上の光の反射を抑制すると共に該反射が抑制される光を吸収する反射防止構造体、光学ユニット及び光学装置に関するものである。
近年、光の反射を抑制する反射防止処理が表面に施された種々の光学素子が提案されている。反射防止処理としては、例えば、屈折率の比較的低い膜（低屈折率膜）や、低屈折率膜と屈折率の比較的高い膜（高屈折率膜）とを交互に積層してなる多層膜等からなる反射防止膜を表面に形成する処理が挙げられる（例えば、特許文献１等）。
しかしながら、このような低屈折率膜や多層膜からなる反射防止膜は、形成に際して蒸着法やスパッタリング法等の煩雑な工程を要する。このため、生産性が低く、生産コストが高いという問題がある。また、低屈折率膜や多層膜からなる反射防止膜は、波長依存性及び入射角依存性が比較的大きいという問題もある。
このような問題に鑑み、入射角依存性及び波長依存性の比較的小さな反射防止処理として、例えば、光学素子表面に入射光の波長以下ピッチで微小凹凸部を規則的に形成する処理が提案されている（例えば、非特許文献１等）。この処理を行うことによって、素子界面における急激な屈折率変化が抑制され、素子界面において緩やかに屈折率が変化することとなる。このため、光学素子表面における反射が低減され、光学素子内への高い光入射率を実現することができる。
また、特許文献２には、微小凹凸部を粗面に形成する技術が開示されている。
特開２００１−１２７８５２号公報 特表２００１−５１７３１９号公報 ダニエル Ｈ．ラグイン（Ｄａｎｉｅｌ Ｈ． Ｒａｇｕｉｎ） Ｇ． マイケル モリス（Ｇ． Ｍｉｃｈａｅｌ Ｍｏｒｒｉｓ）著、「アナリシス オブ アンチリフレクション ストラクチャード サーフェイス ウィズ コンティニュアス ワン ディメンジョナル サーフェイス プロフィールズ （Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｏｎｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅｓ）」、アプライド・オプティクス（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ）、第３２巻 第１４号（Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１４）、Ｐ．２５８２−２５９８、１９９３年
しかしながら、光学素子表面に入射光の波長以下ピッチで微小凹凸部を規則的に形成した場合であっても、十分に高い反射抑制効果が得られない場合がある。
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い反射防止抑制効果を有する反射防止構造体を提供することにある。
本発明は、所定の波長以上の光の反射を抑制すると共に該反射が抑制される光を吸収する反射防止構造体が対象である。そして、基準面上に設けられ且つ該基準面とのなす角が所定角度となる傾斜面を有する構造単位が複数並んで構成された基礎構造部と、前記基礎構造部の表面に形成され、前記所定の波長以下の周期で配列された複数の微小凹凸部とを備えているものとする。
また、本発明に係る光学ユニットは、光学系と、所定の方向から光が入射するように配置された前記反射防止構造体とを備え、前記微小凹凸部は、前記光学系からの光の波長以下の周期で規則的に配列されているものとする。
さらに、本発明に係る光学装置は、前記光学ユニットを備えているものとする。
本発明によれば、高い反射防止抑制効果を有する反射防止構造体を実現することができる。
図１は、本発明の実施形態１に係る反射防止構造体を示す概略斜視図である。 図２は、撮像装置の主要部の構成を示す概略図である。 図３は、レンズ鏡筒の一部を拡大した断面図である。 図４は、レンズ鏡筒の内周面の基礎構造部を示す拡大断面図である。 図５は、図４の破線円におけるレンズ鏡筒の内周面の微小凹凸部を示す拡大断面図である。 図６は、平滑面に形成された反射防止構造体と平滑面に微小凹凸部が形成された反射防止構造体における入射角と反射率との相関を示すグラフである。 図７は、基礎構造部に微小凹凸部が形成された反射防止構造体と比較例に係る反射防止構造体とにおける入射角と反射率との相関を示すグラフである。 図８は、基礎構造部に微小凹凸部が形成された反射防止構造体におけるＰ偏光とＳ偏光についての入射角と反射率との相関を示すグラフである。 図９は、実施形態２に係る反射防止構造体を示す概略斜視図である。 図１０は、レンズ鏡筒の内周面の基礎構造部を示す拡大断面図である。 図１１は、実施形態２に係る基礎構造部に微小凹凸部が形成された反射防止構造体におけるＰ偏光とＳ偏光についての入射角と反射率との相関を示すグラフである。 図１２は、その他の実施形態に係る反射防止構造体の基礎構造部を示す拡大断面図である。 図１３は、別のその他の実施形態に係る反射防止構造体を示す概略斜視図である。
符号の説明
１ 撮像装置（光学装置）
２ レンズ鏡筒ユニット（光学ユニット）
４ 光学系
５ レンズ鏡筒（鏡筒）
５０，２５０，３５０，４５０ 反射防止構造部（反射防止構造体）
５１ 基準面
７，２０７，３０７，４０７ 基礎構造部
７０，２７０，３７０，４７０Ａ，４７０Ｂ 構造単位
７１ 第１側面（傾斜面）
７２ 第２側面（傾斜面）
７３ 第３側面（傾斜面）
７４ 第４側面（傾斜面）
２７１ 第１傾斜面（傾斜面）
２７２ 第２傾斜面
３７１ 傾斜面
３７２ 傾斜面
８ 微小凹凸部
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
ここでは、本発明を実施した光学装置について、撮像装置を例に挙げて説明するが、本発明に係る光学装置は撮像装置に限定されるものではなく、例えば、照明装置やプロジェクタ等の他の光学装置であってもよい。
《発明の実施形態１》
図２は本実施形態１に係る撮像装置１の主要部の構成を表す概略図である。
撮像装置１は、装置本体３と、光学ユニットとしてのレンズ鏡筒ユニット２とを備えている。この撮像装置１が光学装置を構成する。ここでは、レンズ鏡筒ユニット２が装置本体３に取り付けられている例を説明するが、レンズ鏡筒ユニット２は、例えば、装置本体３に着脱可能に構成されていてもよい。
レンズ鏡筒ユニット２は、筒状（具体的には円筒状）のレンズ鏡筒５と、レンズ鏡筒５の内部に収納された光学系４とを備えている。一方、装置本体３には、光学系４の光軸ＡＸ上に位置するように配置された撮像素子６を備えている。光学系４は、この撮像素子６の撮像面上に光学像を結像するためのものであり、光学系４により撮像面上に結像された光学像は撮像素子６によって電気信号に変換され、例えば、装置本体３内に設けられたメモリ（外付けメモリであってもよい）に記憶されたり、装置本体３に接続されたケーブルを介して他の装置へと出力されるようになっている。尚、撮像素子６は、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＯＭＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等により構成することができる。
光学系４は撮像素子６の撮像面上に好適に光学像を結像させることができるものであれば特に限定されることはなく、例えば、図２に示すように、第１レンズ（群）４１、第２レンズ（群）４２、及び第３レンズ（群）４３の３つのレンズ（群）により構成されていてもよい。また、それら３つのレンズ（群）４１〜４３のうちの少なくともいずれかが光軸ＡＸ方向に変位自在であり、フォーカシング及び／又は変倍が可能な構成であってもよい。
レンズ鏡筒５は、図３に示すように、その内周面に光を拡散透過させて光の反射を抑制するための反射防止構造部５０が設けられている。このレンズ鏡筒５が鏡筒を、反射防止構造部５０が反射防止構造体を構成する。
詳しくは、反射防止構造部５０の表面には、図１に示すように、四角錐の構造単位７０，７０，…が配列されてなる基礎構造部７が形成され、この基礎構造部７の表面に微小凹凸部８，８，…が形成されている。この反射防止構造部５０は、その材質が特に限定されるものではないが、樹脂製又はガラス製であってもよい。また、微粒子等が分散混入されていてもよい。尚、図１においては、図示の簡略化のため、反射防止構造部５０の一部分を円筒ではなく平板として図示している。
構造単位７０，７０，…は、それぞれ相似な形状をしていて、四方に互いに隣接して設けられている。各構造単位７０は、４つの第１〜第４側面７１〜７４の全てが相似な二等辺三角形で構成された直錐体（頂点から底面に下ろした垂線が底面の重心を通る錐体）である。これら第１〜第４側面７１〜７４と反射防止構造部５０の基準面５１（反射防止構造部５０の表面から基礎構造部７及び微小凹凸部８，８，…を高周波成分としてカットオフして形成される面）とのなす角、即ち傾斜角α（各側面と基準面５１とのなす角のうち鋭角の方）は、全て同じ角度になっている。すなわち、隣接する構造単位７０，７０，…の頂点及び底面の重心を通る平面（即ち、隣接する構造単位７０，７０，…の頂点を通り且つ基準面５１と直交する平面）で反射防止構造部５０を切断すると、各構造単位７０の断面は、図４に示すように、二等辺三角形になっている。これら第１〜第４側面７１〜７４が傾斜面を構成する。
この基礎構造部７の表面には、図５に示すように、規則的に配列された複数の微小凹凸部８，８，…が形成されている（以下、これら微小凹凸部８，８，…が複数形成された反射防止構造のことを「ＳＷＳ」と称することがある）。これら微小凹凸部８，８，…は、概略円錐状に形成されている。このように反射防止構造部５０の表面に微小凹凸部８，８，…を形成することによって、反射防止構造部５０の表面と空気層との間の急激な屈折率変化が抑制され、微小凹凸部８，８，…が形成された表面の表層部において屈折率がなだらかに変化することになる。その結果、反射防止構造部５０の表面、即ち、レンズ鏡筒５の内周面における反射が効果的に抑制される。
ここで、微小凹凸部８，８，…は、反射防止構造部５０の表面と空気層との間の界面における屈折率変化をなだらかにする機能を有するものである限りにおいて特にその形状は限定されるものではなく、例えば、略円錐状（頂部が面取り又はＲ面取りされていてもよい）の凹部又は凸部、角錐台状（頂部が面取り又はＲ面取りされていてもよく、稜部が面取り又はＲ面取りされていてもよい）の凹部又は凸部、線条（断面形状が、三角形状、台形状、矩形状等（稜部が面取り又はＲ面取りされていてもよい）の凹部又は凸部であってもよい。
また、高い反射抑制効果を実現する観点から、微小凹凸部８，８，…の周期（隣接する微小凹凸部８，８の頂部相互間の、基準面５１と平行な方向への距離）が入射光Ｌの波長（好ましくは、入射光Ｌのうち最も短い波長の光の波長以下の周期）以下であることが好ましい。一方、微小凹凸部８，８，…の高さ（微小凹凸部８，８，…それぞれの底部を結んで形成される面（図５中の二点鎖線参照）から頂部までの基準面５１の法線方向へ測った長さ）が入射光Ｌの波長の０．４倍以上であることが好ましく、入射光Ｌの波長の１倍以上、さらには３倍以上であることがより好ましい。厳密には、入射光Ｌが波長幅をもったものであるような場合には、微小凹凸部８，８，…の周期は、入射光Ｌの最短波長以下であることが好ましく、微小凹凸部８，８，…の高さは入射光Ｌの最長波長の０．４倍以上（好ましくは１倍以上、さらには３倍以上）であることが好ましい。
尚、微小凹凸部８，８，…は入射光Ｌのすべてに対して反射抑制効果を発揮するようなものである必要は必ずしもない。例えば、入射光Ｌの波長が、紫外光、近紫外光、可視光、近赤外光、赤外光を含む広い波長範囲にわたるものの、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光の反射のみを抑制すればよい場合は、微小凹凸部８，８，…の周期は４００ｎｍ以下であることが好ましい。一方、微小凹凸部８，８，…の高さは７００ｎｍの０．４倍以上、すなわち２８０ｎｍ以上であることが好ましい。
微小凹凸部８，８，…は、その高さが相互に異なるように形成されていてもよいが、作成容易性の観点から、高さが相互に略同一となるように形成されていることが好ましい。また、例えば、微小凹凸部８，８，…が錐体状の凹部や錐体状の凸部であるような場合には、複数の微小凹凸部８，８，…は、その錐体の底部中心と頂部とを結んでなる中心軸が相互に略平行となるように形成されていることが好ましい。この場合、射出成形による微小凹凸部８，８，…の作製が容易となる。一方、同様の理由により、微小凹凸部８，８，…が断面三角形状の線条凹部又は線条凸部であるような場合には、複数の微小凹凸部８，８，…は、横断面における底部中心と頂部とを結んでなる中心軸が、各部（例えば、１ｍｍ四方の大きさの各部）において相互に略平行となるように形成されていることが好ましい。
このように構成された反射防止構造部５０は、以下のようにして製造される。まず、表面が平滑な平板部材の該表面を、該表面に対して前記構造単位７０の側面の傾斜角αと同様の角度を有する刃を備えたバイトで切削加工する。詳しくは、バイトを平板部材の表面上において直交する２方向に移動させながら切削加工を行って、隣接する構造単位７０，７０の間の谷の部分を順次加工していく。その結果、四角錘状の構造単位７０，７０，…が平板部材の表面に形成される。続いて、構造単位７０，７０，…の表面に、Ｘ線リソグラフィ又は二光束干渉（ホログラム）露光法によって微小凹凸部８，８，…を形成する。こうして、表面に四角錘状の構造単位７０，７０，…が形成され、さらにその構造単位７０，７０，…の表面に微小凹凸部８，８，…が形成された反射防止構造部５０が作成される。このように構成された平板状の反射防止構造部５０は、レンズ鏡筒５の内部に貼り付けられる。こうして、反射防止構造部５０を一旦作成した後は、この反射防止構造部５０を原盤として成形型を作成し、射出成形等によって次の反射防止構造部５０を順次作成してもよい。
尚、反射防止構造部５０は、レンズ鏡筒５の内部に嵌め込まれる円筒状の部材であってもよい。また、反射防止構造部５０は、レンズ鏡筒５と一体的に、即ち、レンズ鏡筒５の内周に直接加工される構成であってもよい。
以上のように、反射防止構造部５０の表面には複数の微小凹凸部８，８，…が形成されているため、該表面における光の反射が抑制される。しかしながら、反射防止構造部５０の表面が滑面であるような場合には、該表面における反射を十分に抑制することができない。
例えば、図６に示すように、平滑面に微小凹凸部８，８，…（ＳＷＳ）を形成した場合（図中の一点鎖線）には、微小凹凸部８，８，…を形成していない平滑面（図中の破線）に比べて反射率を抑制することができるものの、比較的大きな入射角の光に対しては十分な反射抑制効果を発揮することができない。具体的には、平滑面にＳＷＳを形成した場合には、入射角度が５０度を越えたあたりから反射率が増加し、反射率の入射角依存性を十分には抑制できない。この図６は、反射率を計算するシミュレーションアルゴリズムＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis）法に基づき、コンピュータシミュレーションにより算出している。また、後述の図７は、種々の試験片に対して入射角を変えながら入射光を照射したときの反射率を測定した結果である。反射率は、積分球によって測定した正反射光、拡散反射光及び回折光を含む反射光総量に基づいて算出している（いわゆる、半球反射率）。
つまり、反射率は本来、入射角に依存し、入射角が大きくなるほど反射率が大きくなる。そして、滑面に微小凹凸部８，８，…を形成する構成においては、この反射率の入射角依存性を抑制することができない。
それに対して、本実施形態では、微小凹凸部８，８，…を四角錘状の構造単位７０，７０，…の表面に形成することによって、反射率の入射角依存性を抑制することができ、比較的大きな入射角の光に対しても高い反射抑制効果が得られる。
詳しくは、入射光Ｌと射出光とを含む平面として定義される入射面（図１の破線参照）が構造単位７０，７０，…の頂点を通り、第１側面７１及び第３側面７３と直交する場合を考えると（図１，４参照）、入射光Ｌが基準面５１に対して入射角θで入射する場合、各構造単位７０の第１側面７１が基準面５１に対して傾斜角αで傾斜しているため、該入射光Ｌの第１側面７１への入射角は（θ−α）となる。
ここで、入射光Ｌが基準面５１に対して０°〜９０°の様々な入射角で入射する場合を考えると、第１側面７１を傾斜させることにより、該第１側面７１への入射角は−α°〜（９０−α）°の範囲となる（側面の法線方向に対して基準面５１の法線方向側への角度を負とし、基準面５１と平行な方向側への角度を正とする）。つまり、入射光Ｌの入射角がαだけマイナス側にシフトすることになり、入射角の上限値が９０°よりも小さくなる。一方、入射角の下限値は０度を超えてマイナス側にαだけシフトすることになるが、０°＜α＜９０°であるため、入射角の下限値の絶対値|−α|が９０°よりも大きくなることはない。
つまり、入射光Ｌの入射角の絶対値の最大値を抑制することができる。その結果、基準面５１に対する入射角が比較的大きな入射光Ｌについても反射率を十分に抑制することができる。
尚、このとき、第１側面７１と対向する第３側面７３に対する入射光Ｌの入射角は（θ＋α）となり、基準面５１に対する入射角θよりも大きくなるが、第３側面７３の入射光Ｌの入射方向への投影面積は、第１側面７１の該入射方向への投影面積に対して非常に小さくなっている。すなわち、入射光Ｌから見た第３側面７３の面積は、第１側面７１に比べて非常に小さく、入射光Ｌの第３側面７３に対する入射角が基準面５１に対する入射角θよりも大きくなることがレンズ鏡筒５の内周面全体の反射率に与える影響は極めて小さい。
具体的には図７中の実線で示すように、四角錘状の構造単位７０，７０，…の表面にＳＷＳを形成した場合には、比較的大きな入射角の光に対して反射率を抑制することができ、入射角が７０度を超えたあたりでも反射率は１％と非常に小さい。また、四角錘状の構造単位７０，７０，…の表面にＳＷＳを形成した構成は、図７中の点線で示す植毛紙（＃４８００）よりも反射率を抑制することができる。このとき、各構造単位７０の第１〜第４側面７１〜７４の基準面５１に対する傾斜角αは３０°である。
尚、入射光Ｌの入射角の絶対値の最大値を抑制するためには、第１〜第４側面７１〜７４の傾斜角αは、少なくとも５°以上であることが好ましい。傾斜角αを５°以上とすることによって、入射光Ｌの入射角を抑制する効果を十分に発揮させることができる。
さらに、傾斜角αは、４５°であることが好ましい。傾斜角αを４５°にすることによって、基準面５１に対して０°〜９０°の入射角で入射した入射光Ｌは、第１〜第４側面７１〜７４に対して−４５°〜４５°の入射角で入射することになり、基準面５１に対してどんな入射角で入射してくる入射光Ｌに対しても、第１〜第４側面７１〜７４に対する入射角の絶対値の最大値を４５°以下に抑制することができる。
ここで、平滑面又は構造単位７０，７０，…の表面にＳＷＳを形成する構成以外に、適度な表面粗さを有する粗面にＳＷＳを形成する構成も考えられる。このように、反射防止構造部５０の表面を粗面に形成することによって、入射光Ｌの正反射を抑制することができる。それに加えて、反射防止構造部５０の表面を粗面に形成することによって、反射防止構造部５０の表面が基準面５１に対して様々な角度で傾斜した状態となるため、構造単位７０，７０，…と同様に、入射光Ｌの入射角を実質的に小さくすることができ、入射光Ｌの反射率を抑制することができる。そのため、粗面に形成された反射防止構造部５０の表面にＳＷＳを形成することによって、平滑面にＳＷＳを形成した構成（図７の一点鎖線参照）と比較して、入射光Ｌの正反射を抑制しつつ、反射率の入射角依存性を十分に抑制することができる（図７の二点鎖線参照）。
しかしながら、粗面にＳＷＳを形成する構成においては、図７中の二点鎖線で示すように、僅かながら、構造単位７０，７０，…の表面にＳＷＳを形成する構成よりも反射率が大きくなってしまう。これは、反射防止構造部５０の表面を粗面にすることにより反射防止構造部５０の表面が基準面５１に対して傾斜した状態となるものの、粗面であるため、その傾斜角は様々な値となり、傾斜角が小さい（例えば、０度）部分、即ち、入射光Ｌの入射角の低減効果が小さい部分も含まれ、反射防止構造部５０の表面を基準面５１に対して傾斜させることによる効果が、構造単位７０，７０，…を有する構成に比べて小さいからである。
したがって、反射防止構造部５０の表面に構造単位７０，７０，…を形成し、この構造単位７０，７０，…の表面にＳＷＳを形成することによって、粗面に形成された反射防止構造部５０の表面にＳＷＳを形成する構成に比べて、入射光Ｌの反射率をより効果的に抑制することができる。
さらに、反射防止構造部５０の表面を粗面に形成する方法としては、サンドブラスト加工等が挙げられるが、粗面の形状、即ち、粗面の傾斜角を制御しながら加工することを難しい。それに対して、構造単位７０，７０，…は、反射防止構造部５０の表面をバイトで切削する等の機械加工によって形成されるため、各構造単位７０の形状を所望の形状に形成し易い。
また、構造単位７０，７０，…を四角錘とすることによって、反射防止構造部５０の表面は平面視において直交する２つの方向に対して略同様の表面形状となり、図８に示すように、入射光ＬのＰ偏向もＳ偏向も略同様の反射率を示すようになり、偏光依存性を抑制することができる。
したがって、本実施形態１によれば、反射防止構造部５０の表面に微小凹凸部８，８，…を形成することによって、レンズ鏡筒５の内周面の表層における屈折率の変化をなだらかにすることで反射率を低減することができると共に、この微小凹凸部８，８，…を反射防止構造部５０の基準面５１に対して傾斜した側面７１〜７４を有する構造単位７０，７０，…の表面に形成することによって、入射光Ｌの入射角が実質的に小さくなるため、反射率の角度依存性を抑制することができる。
また、微小凹凸部８，８，…が形成される反射防止構造部５０の表面に構造単位７０，７０，…を形成することによって、反射防止構造部５０の表面を粗面に形成し該粗面上に微小凹凸部８，８，…を形成する構成と比較して、反射防止構造部５０の表面の傾斜角を所望の値に加工し易く、所望の性能を有する反射防止構造部５０を容易に製造することができると共に、生産性を向上させることができる。例えば、反射防止構造部５０の表面に構造単位７０，７０，…を形成する際に、基準面５１に対するバイトの刃の角度を変えることによって、構造単位７０の傾斜面の角度を変えて反射防止構造部５０の性能を調整することができる。それに加えて、微小凹凸部８，８，…が形成される反射防止構造部５０の表面に構造単位７０，７０，…を形成することによって、粗面に形成された反射防止構造部５０の表面に微小凹凸部８，８，…を形成する構成と比較して、より効果的に反射率を低減することができる。
さらに、各構造単位７０を四角錘に形成することによって、反射防止構造部５０の表面が平面視において直交する２つの方向に対して略同様の表面形状となるため、該直交する何れの方向からの入射光に対しても、同様の反射率低減効果及び反射率の角度依存性低減効果を発揮することができ、即ち、反射率の偏光依存性を抑制することができる。さらに、各構造単位７０を直錐体に形成することによって、４つの側面の全てが相似形となるため、反射率の偏光依存性をさらに抑制することができる。
尚、構造単位７０は、四角錘に限られるものではない。例えば、三角錐や六角錘であってもよい。さらには、円錐であってもよい。その場合、側周面が傾斜面を構成する。また、直錐体に限られるものでもなく、斜錐体であってもよい。
《発明の実施形態２》
次に、本発明の実施形態２について説明する。
実施形態２に係る反射防止構造部２５０は、基礎構造部２０７の形状が実施形態１に係る反射防止構造部５０と異なる。そこで、実施形態１と同様の構成については、同様の符号を付して説明を省略し、異なる構成について中心に説明する。
詳しくは、反射防止構造部２５０の表面には、図９に示すように、それぞれ峰状に延びる構造単位２７０，２７０，…が隣接して配列された基礎構造部２０７が形成されている。各構造単位２７０は、反射防止構造部２５０の基準面５１（反射防止構造部２５０の表面から基礎構造部２０７及び微小凹凸部８，８，…を高周波成分としてカットオフして形成される面）に対して傾斜した第１傾斜面２７１と第２傾斜面２７２とを有し、こられ第１傾斜面２７１と第２傾斜面２７２とで稜形状に形成されている。これら第１傾斜面２７１及び第２傾斜面２７２は、基準面５１に対する傾斜角αがそれぞれ同じ大きさであると共に、それぞれの短手方向幅（即ち、構造単位２７０，２７０，…の配列方向への幅）が同じである。すなわち、各構造単位２７０の横断面形状は、図１０に示すように、二等辺三角形になっている。この第１傾斜面２７１が傾斜面を、第２傾斜面２７２が第２傾斜面を構成する。
尚、平板部材に対して構造単位２７０の傾斜角αと同様の角度を有する刃を備えたバイトを所定の１方向に移動させて切削加工を行うことで、構造単位２７０，２７０の間の谷の部分を加工し、さらにバイトを該１方向と直交する方向に平行移動させて隣りの谷の部分を順次加工していくことによって、本実施形態２のように所定の１方向に延びる稜形状をした構造単位２７０，２７０，…を形成することができる。
そして、これら構造単位２７０，２７０，…の表面には、前記実施形態１と同様に、微小凹凸部８，８，…が形成されている（図５参照）。
ここで、入射光Ｌと射出光とを含む平面として定義される入射面（図９の破線参照）が構造単位２７０，２７０，…の横断面と平行であるときについて説明する。
入射光Ｌが反射防止構造部２５０の基準面５１に対して入射角θで入射すると、反射防止構造部２５０の表面に形成された各構造単位２７０の第１傾斜面２７１は基準面５１に対して傾斜角αで傾斜しているため、該第１傾斜面２７１に対する入射光Ｌの入射角は（θ−α）となり、基準面５１に対する入射角θよりも小さくなる。つまり、実施形態１と同様に、入射光Ｌの入射角がαだけマイナス側にシフトすることになり、入射光Ｌの入射角の絶対値の最大値を抑制することができる。その結果、基準面５１に対する入射角が比較的大きな入射光Ｌについても反射率を十分に抑制することができる。
このとき、入射光Ｌの第２傾斜面２７２に対する入射角は（θ＋α）となり、基準面５１に対する入射角θよりも大きくなるが、第２傾斜面２７２の入射光Ｌの入射方向への投影面積は、第１傾斜面２７１の該入射方向への投影面積に対して非常に小さくなっている。すなわち、入射光Ｌから見た第２傾斜面２７２の面積は、第１傾斜面２７１に比べて非常に小さく、入射光Ｌの第２傾斜面２７２に対する入射角が基準面５１に対する入射角θよりも大きくなることが反射防止構造部２５０の表面全体の反射率に与える影響は極めて小さい。
そして、このように構成された構造単位２７０，２７０，…の表面に微小凹凸部８，８，…を形成することによって、反射防止構造部２５０の表面と空気層との間の急激な屈折率変化が抑制され、微小凹凸部８，８，…が形成された表面の表層部において屈折率がなだらかに変化することになる。その結果、図１１に示すように、反射防止構造部２５０の表面における反射率が効果的に抑制される。このとき、各構造単位２７０の第１及び第２傾斜面２７１，２７２の基準面５１に対する傾斜角αは３０°である。
したがって、本実施形態２によれば、反射防止構造部２５０の表面に微小凹凸部８，８，…を形成することによって、レンズ鏡筒２０５の内周面の表層における屈折率の変化がなだらかにするため、反射率を低減することができると共に、この微小凹凸部８，８，…を反射防止構造部２５０の基準面５１に対して傾斜した第１及び第２傾斜面２７１，２７２を有する構造単位２７０，２７０，…の表面に形成することによって、入射光Ｌの入射角が実質的に小さくなるため、反射率の角度依存性を抑制することができる。
また、微小凹凸部８，８，…が形成される反射防止構造部２５０の表面に構造単位２７０，２７０，…を形成することによって、反射防止構造部２５０の表面を粗面に形成し該粗面上に微小凹凸部８，８，…を形成する構成と比較して、反射防止構造部２５０の表面の傾斜角を所望の値に加工し易く、所望の性能を有する反射防止構造部２５０を容易に製造することができると共に、生産性を向上させることができる。それに加えて、微小凹凸部８，８，…が形成される反射防止構造部２５０の表面に構造単位２７０，２７０，…を形成することによって、粗面に形成された反射防止構造部２５０の表面に微小凹凸部８，８，…を形成する構成と比較して、より効果的に反射率を低減することができる。
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態１，２について、以下のような構成としてもよい。
すなわち、前記実施形態では、光透過性のレンズ鏡筒を例に挙げて説明したが、本発明に係る反射防止構造体は光透過性のものに限定されるものではなく、例えば、光吸収性のもの、所謂黒体であってもよい。
また、前記実施形態１では、各構造単位７０（２７０）を構成する側面７１〜７４（２７１，２７２）は互いに相似形に形成され且つ基準面５１に対する傾斜角も同じに構成されているが、これに限られるものではない。例えば、各側面の形状を相似形とせず、一の側面の基準面５１に対する傾斜角と該一の側面に対向する別の側面の基準面５１に対する傾斜角とを異なる角度にしてもよい。
さらにまた、反射防止構造部３５０の表面に入射する入射光Ｌの入射方向が予め想定できるときには、図１２に示すように、基礎構造部３０７を構成する各構造単位３７０の一の傾斜面３７１を、その法線方向が想定される入射光Ｌの入射方向を向くように構成してもよい。そうすることによって、構造単位３７０に入射する入射光Ｌの入射角が０°となり、微小凹凸部８，８，…の効果と相俟って、入射光Ｌの反射率をさらに効果的に低減することができる。このとき、入射光Ｌの入射方向を向く傾斜面３７１と、該傾斜面３７１に対向する傾斜面３７２とのなす角が直角であることが好ましい。そうすることによって、入射光Ｌの入射方向への該対向する傾斜面３７２の投影面積が０になり、構造単位３７０に入射する入射光Ｌの入射角が基準面５１に対する入射角よりも大きくなることを防止することができる。
また、構造単位７０，７０，…の傾斜面の傾斜角は、全ての構造単位７０，７０，…で一様である必要はない。例えば、各構造単位７０が配置される場所に応じて想定される入射光Ｌの入射角に合わせて傾斜面の傾斜角を変えてもよい。その場合、入射光Ｌの各傾斜面に対する入射角が０となるように、各傾斜面の傾斜角を設定することが好ましい。また、想定される入射角が複数ある場合には、図１３に示すように、反射防止構造部４５０の表面に形成される基礎構造部４０７を、側面の傾斜角が異なる構造単位４７０Ａ，４７０Ｂとを交互に配列して構成してもよい。
また、ここでは、ＳＷＳが表面の全面にわたって形成されている例について説明したが、ＳＷＳを表面の全面にわたって必ずしも設ける必要はなく、必要に応じた箇所のみにＳＷＳを形成してもよい。この場合に、ＳＷＳを設けた箇所のみならず、表面のその他の箇所もＳＷＳを設けた箇所と同様に構造単位７０，７０，…（２７０，２７０，…）を設けても構わず、また、そのときの構造単位７０，７０，…（２７０，２７０，…）の傾斜面の傾斜角をＳＷＳを設けている部分と異ならせてもよい。さらに、ＳＷＳを設けていない箇所には反射率が比較的低い膜と比較的高い膜との多層膜からなるような他の反射防止構造を形成してもよい。また、ＳＷＳが形成されている領域内においても、必要に応じてＳＷＳの高さや周期（ピッチ）を調節してもよい。
さらに、前記実施形態に係る基礎構造部７及び微小凹凸部８，８，…を備えた反射防止構造体は、レンズ鏡筒５に適用されるものに限定されるものではない。例えば、ディスプレイ等の前面に配置され、ディスプレイ表面における光の反射（外光の映り込み等）を抑制する拡散板であってもよい。または、表示装置をはじめ、撮像装置、照明装置、プロジェクタ等の種々の光学機器の構成部材等であってもよい。具体的には、半導体レーザ素子、ＬＥＤ素子、電球、冷陰極管等の発光素子、電荷結合素子（ＣＣＤ）やＣＭＯＳ等のイメージセンサ、パワーメータ、エネルギーメータ、反射率測定機器等の光検出器、マイクロレンズアレイ、フォトディテク他等に対して適用することもできる。
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
以上説明したように、本発明は、所定の波長以上の光の反射を抑制すると共に該反射が抑制される光を吸収する反射防止構造体、光学ユニット及び光学装置について有用である。
本発明は、所定の波長以上の光の反射を抑制すると共に該反射が抑制される光を吸収する反射防止構造体、光学ユニット及び光学装置に関するものである。
近年、光の反射を抑制する反射防止処理が表面に施された種々の光学素子が提案されている。反射防止処理としては、例えば、屈折率の比較的低い膜（低屈折率膜）や、低屈折率膜と屈折率の比較的高い膜（高屈折率膜）とを交互に積層してなる多層膜等からなる反射防止膜を表面に形成する処理が挙げられる（例えば、特許文献１等）。
しかしながら、このような低屈折率膜や多層膜からなる反射防止膜は、形成に際して蒸着法やスパッタリング法等の煩雑な工程を要する。このため、生産性が低く、生産コストが高いという問題がある。また、低屈折率膜や多層膜からなる反射防止膜は、波長依存性及び入射角依存性が比較的大きいという問題もある。
このような問題に鑑み、入射角依存性及び波長依存性の比較的小さな反射防止処理として、例えば、光学素子表面に入射光の波長以下ピッチで微小凹凸部を規則的に形成する処理が提案されている（例えば、非特許文献１等）。この処理を行うことによって、素子界面における急激な屈折率変化が抑制され、素子界面において緩やかに屈折率が変化することとなる。このため、光学素子表面における反射が低減され、光学素子内への高い光入射率を実現することができる。
また、特許文献２には、微小凹凸部を粗面に形成する技術が開示されている。
特開２００１−１２７８５２号公報 特表２００１−５１７３１９号公報
ダニエル Ｈ．ラグイン（Ｄａｎｉｅｌ Ｈ． Ｒａｇｕｉｎ） Ｇ． マイケル モリス（Ｇ． Ｍｉｃｈａｅｌ Ｍｏｒｒｉｓ）著、「アナリシス オブ アンチリフレクション ストラクチャード サーフェイス ウィズ コンティニュアス ワン ディメンジョナル サーフェイス プロフィールズ （Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｏｎｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅｓ）」、アプライド・オプティクス（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ）、第３２巻 第１４号（Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１４）、Ｐ．２５８２−２５９８、１９９３年
しかしながら、光学素子表面に入射光の波長以下ピッチで微小凹凸部を規則的に形成した場合であっても、十分に高い反射抑制効果が得られない場合がある。
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い反射防止抑制効果を有する反射防止構造体を提供することにある。
本発明は、所定の波長以上の光の反射を抑制すると共に該反射が抑制される光を吸収する反射防止構造体が対象である。そして、基準面上に設けられ且つ該基準面とのなす角が所定角度となる傾斜面を有する構造単位が複数並んで構成された基礎構造部と、前記基礎構造部の表面に形成され、前記所定の波長以下の周期で配列された複数の微小凹凸部とを備えているものとする。
また、本発明に係る光学ユニットは、光学系と、所定の方向から光が入射するように配置された前記反射防止構造体とを備え、前記微小凹凸部は、前記光学系からの光の波長以下の周期で規則的に配列されているものとする。
さらに、本発明に係る光学装置は、前記光学ユニットを備えているものとする。
本発明によれば、高い反射防止抑制効果を有する反射防止構造体を実現することができる。
図１は、本発明の実施形態１に係る反射防止構造体を示す概略斜視図である。 図２は、撮像装置の主要部の構成を示す概略図である。 図３は、レンズ鏡筒の一部を拡大した断面図である。 図４は、レンズ鏡筒の内周面の基礎構造部を示す拡大断面図である。 図５は、図４の破線円におけるレンズ鏡筒の内周面の微小凹凸部を示す拡大断面図である。 図６は、平滑面に形成された反射防止構造体と平滑面に微小凹凸部が形成された反射防止構造体における入射角と反射率との相関を示すグラフである。 図７は、基礎構造部に微小凹凸部が形成された反射防止構造体と比較例に係る反射防止構造体とにおける入射角と反射率との相関を示すグラフである。 図８は、基礎構造部に微小凹凸部が形成された反射防止構造体におけるＰ偏光とＳ偏光についての入射角と反射率との相関を示すグラフである。 図９は、実施形態２に係る反射防止構造体を示す概略斜視図である。 図１０は、レンズ鏡筒の内周面の基礎構造部を示す拡大断面図である。 図１１は、実施形態２に係る基礎構造部に微小凹凸部が形成された反射防止構造体におけるＰ偏光とＳ偏光についての入射角と反射率との相関を示すグラフである。 図１２は、その他の実施形態に係る反射防止構造体の基礎構造部を示す拡大断面図である。 図１３は、別のその他の実施形態に係る反射防止構造体を示す概略斜視図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
ここでは、本発明を実施した光学装置について、撮像装置を例に挙げて説明するが、本発明に係る光学装置は撮像装置に限定されるものではなく、例えば、照明装置やプロジェクタ等の他の光学装置であってもよい。
《発明の実施形態１》
図２は本実施形態１に係る撮像装置１の主要部の構成を表す概略図である。
撮像装置１は、装置本体３と、光学ユニットとしてのレンズ鏡筒ユニット２とを備えている。この撮像装置１が光学装置を構成する。ここでは、レンズ鏡筒ユニット２が装置本体３に取り付けられている例を説明するが、レンズ鏡筒ユニット２は、例えば、装置本体３に着脱可能に構成されていてもよい。
レンズ鏡筒ユニット２は、筒状（具体的には円筒状）のレンズ鏡筒５と、レンズ鏡筒５の内部に収納された光学系４とを備えている。一方、装置本体３には、光学系４の光軸ＡＸ上に位置するように配置された撮像素子６を備えている。光学系４は、この撮像素子６の撮像面上に光学像を結像するためのものであり、光学系４により撮像面上に結像された光学像は撮像素子６によって電気信号に変換され、例えば、装置本体３内に設けられたメモリ（外付けメモリであってもよい）に記憶されたり、装置本体３に接続されたケーブルを介して他の装置へと出力されるようになっている。尚、撮像素子６は、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＯＭＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等により構成することができる。
光学系４は撮像素子６の撮像面上に好適に光学像を結像させることができるものであれば特に限定されることはなく、例えば、図２に示すように、第１レンズ（群）４１、第２レンズ（群）４２、及び第３レンズ（群）４３の３つのレンズ（群）により構成されていてもよい。また、それら３つのレンズ（群）４１〜４３のうちの少なくともいずれかが光軸ＡＸ方向に変位自在であり、フォーカシング及び／又は変倍が可能な構成であってもよい。
レンズ鏡筒５は、図３に示すように、その内周面に光を拡散透過させて光の反射を抑制するための反射防止構造部５０が設けられている。このレンズ鏡筒５が鏡筒を、反射防止構造部５０が反射防止構造体を構成する。
詳しくは、反射防止構造部５０の表面には、図１に示すように、四角錐の構造単位７０，７０，…が配列されてなる基礎構造部７が形成され、この基礎構造部７の表面に微小凹凸部８，８，…が形成されている。この反射防止構造部５０は、その材質が特に限定されるものではないが、樹脂製又はガラス製であってもよい。また、微粒子等が分散混入されていてもよい。尚、図１においては、図示の簡略化のため、反射防止構造部５０の一部分を円筒ではなく平板として図示している。
構造単位７０，７０，…は、それぞれ相似な形状をしていて、四方に互いに隣接して設けられている。各構造単位７０は、４つの第１〜第４側面７１〜７４の全てが相似な二等辺三角形で構成された直錐体（頂点から底面に下ろした垂線が底面の重心を通る錐体）である。これら第１〜第４側面７１〜７４と反射防止構造部５０の基準面５１（反射防止構造部５０の表面から基礎構造部７及び微小凹凸部８，８，…を高周波成分としてカットオフして形成される面）とのなす角、即ち傾斜角α（各側面と基準面５１とのなす角のうち鋭角の方）は、全て同じ角度になっている。すなわち、隣接する構造単位７０，７０，…の頂点及び底面の重心を通る平面（即ち、隣接する構造単位７０，７０，…の頂点を通り且つ基準面５１と直交する平面）で反射防止構造部５０を切断すると、各構造単位７０の断面は、図４に示すように、二等辺三角形になっている。これら第１〜第４側面７１〜７４が傾斜面を構成する。
この基礎構造部７の表面には、図５に示すように、規則的に配列された複数の微小凹凸部８，８，…が形成されている（以下、これら微小凹凸部８，８，…が複数形成された反射防止構造のことを「ＳＷＳ」と称することがある）。これら微小凹凸部８，８，…は、概略円錐状に形成されている。このように反射防止構造部５０の表面に微小凹凸部８，８，…を形成することによって、反射防止構造部５０の表面と空気層との間の急激な屈折率変化が抑制され、微小凹凸部８，８，…が形成された表面の表層部において屈折率がなだらかに変化することになる。その結果、反射防止構造部５０の表面、即ち、レンズ鏡筒５の内周面における反射が効果的に抑制される。
ここで、微小凹凸部８，８，…は、反射防止構造部５０の表面と空気層との間の界面における屈折率変化をなだらかにする機能を有するものである限りにおいて特にその形状は限定されるものではなく、例えば、略円錐状（頂部が面取り又はＲ面取りされていてもよい）の凹部又は凸部、角錐台状（頂部が面取り又はＲ面取りされていてもよく、稜部が面取り又はＲ面取りされていてもよい）の凹部又は凸部、線条（断面形状が、三角形状、台形状、矩形状等（稜部が面取り又はＲ面取りされていてもよい）の凹部又は凸部であってもよい。
また、高い反射抑制効果を実現する観点から、微小凹凸部８，８，…の周期（隣接する微小凹凸部８，８の頂部相互間の、基準面５１と平行な方向への距離）が入射光Ｌの波長（好ましくは、入射光Ｌのうち最も短い波長の光の波長以下の周期）以下であることが好ましい。一方、微小凹凸部８，８，…の高さ（微小凹凸部８，８，…それぞれの底部を結んで形成される面（図５中の二点鎖線参照）から頂部までの基準面５１の法線方向へ測った長さ）が入射光Ｌの波長の０．４倍以上であることが好ましく、入射光Ｌの波長の１倍以上、さらには３倍以上であることがより好ましい。厳密には、入射光Ｌが波長幅をもったものであるような場合には、微小凹凸部８，８，…の周期は、入射光Ｌの最短波長以下であることが好ましく、微小凹凸部８，８，…の高さは入射光Ｌの最長波長の０．４倍以上（好ましくは１倍以上、さらには３倍以上）であることが好ましい。
尚、微小凹凸部８，８，…は入射光Ｌのすべてに対して反射抑制効果を発揮するようなものである必要は必ずしもない。例えば、入射光Ｌの波長が、紫外光、近紫外光、可視光、近赤外光、赤外光を含む広い波長範囲にわたるものの、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光の反射のみを抑制すればよい場合は、微小凹凸部８，８，…の周期は４００ｎｍ以下であることが好ましい。一方、微小凹凸部８，８，…の高さは７００ｎｍの０．４倍以上、すなわち２８０ｎｍ以上であることが好ましい。
微小凹凸部８，８，…は、その高さが相互に異なるように形成されていてもよいが、作成容易性の観点から、高さが相互に略同一となるように形成されていることが好ましい。また、例えば、微小凹凸部８，８，…が錐体状の凹部や錐体状の凸部であるような場合には、複数の微小凹凸部８，８，…は、その錐体の底部中心と頂部とを結んでなる中心軸が相互に略平行となるように形成されていることが好ましい。この場合、射出成形による微小凹凸部８，８，…の作製が容易となる。一方、同様の理由により、微小凹凸部８，８，…が断面三角形状の線条凹部又は線条凸部であるような場合には、複数の微小凹凸部８，８，…は、横断面における底部中心と頂部とを結んでなる中心軸が、各部（例えば、１ｍｍ四方の大きさの各部）において相互に略平行となるように形成されていることが好ましい。
このように構成された反射防止構造部５０は、以下のようにして製造される。まず、表面が平滑な平板部材の該表面を、該表面に対して前記構造単位７０の側面の傾斜角αと同様の角度を有する刃を備えたバイトで切削加工する。詳しくは、バイトを平板部材の表面上において直交する２方向に移動させながら切削加工を行って、隣接する構造単位７０，７０の間の谷の部分を順次加工していく。その結果、四角錘状の構造単位７０，７０，…が平板部材の表面に形成される。続いて、構造単位７０，７０，…の表面に、Ｘ線リソグラフィ又は二光束干渉（ホログラム）露光法によって微小凹凸部８，８，…を形成する。こうして、表面に四角錘状の構造単位７０，７０，…が形成され、さらにその構造単位７０，７０，…の表面に微小凹凸部８，８，…が形成された反射防止構造部５０が作成される。このように構成された平板状の反射防止構造部５０は、レンズ鏡筒５の内部に貼り付けられる。こうして、反射防止構造部５０を一旦作成した後は、この反射防止構造部５０を原盤として成形型を作成し、射出成形等によって次の反射防止構造部５０を順次作成してもよい。
尚、反射防止構造部５０は、レンズ鏡筒５の内部に嵌め込まれる円筒状の部材であってもよい。また、反射防止構造部５０は、レンズ鏡筒５と一体的に、即ち、レンズ鏡筒５の内周に直接加工される構成であってもよい。
以上のように、反射防止構造部５０の表面には複数の微小凹凸部８，８，…が形成されているため、該表面における光の反射が抑制される。しかしながら、反射防止構造部５０の表面が滑面であるような場合には、該表面における反射を十分に抑制することができない。
例えば、図６に示すように、平滑面に微小凹凸部８，８，…（ＳＷＳ）を形成した場合（図中の一点鎖線）には、微小凹凸部８，８，…を形成していない平滑面（図中の破線）に比べて反射率を抑制することができるものの、比較的大きな入射角の光に対しては十分な反射抑制効果を発揮することができない。具体的には、平滑面にＳＷＳを形成した場合には、入射角度が５０度を越えたあたりから反射率が増加し、反射率の入射角依存性を十分には抑制できない。この図６は、反射率を計算するシミュレーションアルゴリズムＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis）法に基づき、コンピュータシミュレーションにより算出している。また、後述の図７は、種々の試験片に対して入射角を変えながら入射光を照射したときの反射率を測定した結果である。反射率は、積分球によって測定した正反射光、拡散反射光及び回折光を含む反射光総量に基づいて算出している（いわゆる、半球反射率）。
つまり、反射率は本来、入射角に依存し、入射角が大きくなるほど反射率が大きくなる。そして、滑面に微小凹凸部８，８，…を形成する構成においては、この反射率の入射角依存性を抑制することができない。
それに対して、本実施形態では、微小凹凸部８，８，…を四角錘状の構造単位７０，７０，…の表面に形成することによって、反射率の入射角依存性を抑制することができ、比較的大きな入射角の光に対しても高い反射抑制効果が得られる。
詳しくは、入射光Ｌと射出光とを含む平面として定義される入射面（図１の破線参照）が構造単位７０，７０，…の頂点を通り、第１側面７１及び第３側面７３と直交する場合を考えると（図１，４参照）、入射光Ｌが基準面５１に対して入射角θで入射する場合、各構造単位７０の第１側面７１が基準面５１に対して傾斜角αで傾斜しているため、該入射光Ｌの第１側面７１への入射角は（θ−α）となる。
ここで、入射光Ｌが基準面５１に対して０°〜９０°の様々な入射角で入射する場合を考えると、第１側面７１を傾斜させることにより、該第１側面７１への入射角は−α°〜（９０−α）°の範囲となる（側面の法線方向に対して基準面５１の法線方向側への角度を負とし、基準面５１と平行な方向側への角度を正とする）。つまり、入射光Ｌの入射角がαだけマイナス側にシフトすることになり、入射角の上限値が９０°よりも小さくなる。一方、入射角の下限値は０度を超えてマイナス側にαだけシフトすることになるが、０°＜α＜９０°であるため、入射角の下限値の絶対値|−α|が９０°よりも大きくなることはない。
つまり、入射光Ｌの入射角の絶対値の最大値を抑制することができる。その結果、基準面５１に対する入射角が比較的大きな入射光Ｌについても反射率を十分に抑制することができる。
尚、このとき、第１側面７１と対向する第３側面７３に対する入射光Ｌの入射角は（θ＋α）となり、基準面５１に対する入射角θよりも大きくなるが、第３側面７３の入射光Ｌの入射方向への投影面積は、第１側面７１の該入射方向への投影面積に対して非常に小さくなっている。すなわち、入射光Ｌから見た第３側面７３の面積は、第１側面７１に比べて非常に小さく、入射光Ｌの第３側面７３に対する入射角が基準面５１に対する入射角θよりも大きくなることがレンズ鏡筒５の内周面全体の反射率に与える影響は極めて小さい。
具体的には図７中の実線で示すように、四角錘状の構造単位７０，７０，…の表面にＳＷＳを形成した場合には、比較的大きな入射角の光に対して反射率を抑制することができ、入射角が７０度を超えたあたりでも反射率は１％と非常に小さい。また、四角錘状の構造単位７０，７０，…の表面にＳＷＳを形成した構成は、図７中の点線で示す植毛紙（＃４８００）よりも反射率を抑制することができる。このとき、各構造単位７０の第１〜第４側面７１〜７４の基準面５１に対する傾斜角αは３０°である。
尚、入射光Ｌの入射角の絶対値の最大値を抑制するためには、第１〜第４側面７１〜７４の傾斜角αは、少なくとも５°以上であることが好ましい。傾斜角αを５°以上とすることによって、入射光Ｌの入射角を抑制する効果を十分に発揮させることができる。
さらに、傾斜角αは、４５°であることが好ましい。傾斜角αを４５°にすることによって、基準面５１に対して０°〜９０°の入射角で入射した入射光Ｌは、第１〜第４側面７１〜７４に対して−４５°〜４５°の入射角で入射することになり、基準面５１に対してどんな入射角で入射してくる入射光Ｌに対しても、第１〜第４側面７１〜７４に対する入射角の絶対値の最大値を４５°以下に抑制することができる。
ここで、平滑面又は構造単位７０，７０，…の表面にＳＷＳを形成する構成以外に、適度な表面粗さを有する粗面にＳＷＳを形成する構成も考えられる。このように、反射防止構造部５０の表面を粗面に形成することによって、入射光Ｌの正反射を抑制することができる。それに加えて、反射防止構造部５０の表面を粗面に形成することによって、反射防止構造部５０の表面が基準面５１に対して様々な角度で傾斜した状態となるため、構造単位７０，７０，…と同様に、入射光Ｌの入射角を実質的に小さくすることができ、入射光Ｌの反射率を抑制することができる。そのため、粗面に形成された反射防止構造部５０の表面にＳＷＳを形成することによって、平滑面にＳＷＳを形成した構成（図７の一点鎖線参照）と比較して、入射光Ｌの正反射を抑制しつつ、反射率の入射角依存性を十分に抑制することができる（図７の二点鎖線参照）。
しかしながら、粗面にＳＷＳを形成する構成においては、図７中の二点鎖線で示すように、僅かながら、構造単位７０，７０，…の表面にＳＷＳを形成する構成よりも反射率が大きくなってしまう。これは、反射防止構造部５０の表面を粗面にすることにより反射防止構造部５０の表面が基準面５１に対して傾斜した状態となるものの、粗面であるため、その傾斜角は様々な値となり、傾斜角が小さい（例えば、０度）部分、即ち、入射光Ｌの入射角の低減効果が小さい部分も含まれ、反射防止構造部５０の表面を基準面５１に対して傾斜させることによる効果が、構造単位７０，７０，…を有する構成に比べて小さいからである。
したがって、反射防止構造部５０の表面に構造単位７０，７０，…を形成し、この構造単位７０，７０，…の表面にＳＷＳを形成することによって、粗面に形成された反射防止構造部５０の表面にＳＷＳを形成する構成に比べて、入射光Ｌの反射率をより効果的に抑制することができる。
さらに、反射防止構造部５０の表面を粗面に形成する方法としては、サンドブラスト加工等が挙げられるが、粗面の形状、即ち、粗面の傾斜角を制御しながら加工することを難しい。それに対して、構造単位７０，７０，…は、反射防止構造部５０の表面をバイトで切削する等の機械加工によって形成されるため、各構造単位７０の形状を所望の形状に形成し易い。
また、構造単位７０，７０，…を四角錘とすることによって、反射防止構造部５０の表面は平面視において直交する２つの方向に対して略同様の表面形状となり、図８に示すように、入射光ＬのＰ偏向もＳ偏向も略同様の反射率を示すようになり、偏光依存性を抑制することができる。
したがって、本実施形態１によれば、反射防止構造部５０の表面に微小凹凸部８，８，…を形成することによって、レンズ鏡筒５の内周面の表層における屈折率の変化をなだらかにすることで反射率を低減することができると共に、この微小凹凸部８，８，…を反射防止構造部５０の基準面５１に対して傾斜した側面７１〜７４を有する構造単位７０，７０，…の表面に形成することによって、入射光Ｌの入射角が実質的に小さくなるため、反射率の角度依存性を抑制することができる。
また、微小凹凸部８，８，…が形成される反射防止構造部５０の表面に構造単位７０，７０，…を形成することによって、反射防止構造部５０の表面を粗面に形成し該粗面上に微小凹凸部８，８，…を形成する構成と比較して、反射防止構造部５０の表面の傾斜角を所望の値に加工し易く、所望の性能を有する反射防止構造部５０を容易に製造することができると共に、生産性を向上させることができる。例えば、反射防止構造部５０の表面に構造単位７０，７０，…を形成する際に、基準面５１に対するバイトの刃の角度を変えることによって、構造単位７０の傾斜面の角度を変えて反射防止構造部５０の性能を調整することができる。それに加えて、微小凹凸部８，８，…が形成される反射防止構造部５０の表面に構造単位７０，７０，…を形成することによって、粗面に形成された反射防止構造部５０の表面に微小凹凸部８，８，…を形成する構成と比較して、より効果的に反射率を低減することができる。
さらに、各構造単位７０を四角錘に形成することによって、反射防止構造部５０の表面が平面視において直交する２つの方向に対して略同様の表面形状となるため、該直交する何れの方向からの入射光に対しても、同様の反射率低減効果及び反射率の角度依存性低減効果を発揮することができ、即ち、反射率の偏光依存性を抑制することができる。さらに、各構造単位７０を直錐体に形成することによって、４つの側面の全てが相似形となるため、反射率の偏光依存性をさらに抑制することができる。
尚、構造単位７０は、四角錘に限られるものではない。例えば、三角錐や六角錘であってもよい。さらには、円錐であってもよい。その場合、側周面が傾斜面を構成する。また、直錐体に限られるものでもなく、斜錐体であってもよい。
《発明の実施形態２》
次に、本発明の実施形態２について説明する。
実施形態２に係る反射防止構造部２５０は、基礎構造部２０７の形状が実施形態１に係る反射防止構造部５０と異なる。そこで、実施形態１と同様の構成については、同様の符号を付して説明を省略し、異なる構成について中心に説明する。
詳しくは、反射防止構造部２５０の表面には、図９に示すように、それぞれ峰状に延びる構造単位２７０，２７０，…が隣接して配列された基礎構造部２０７が形成されている。各構造単位２７０は、反射防止構造部２５０の基準面５１（反射防止構造部２５０の表面から基礎構造部２０７及び微小凹凸部８，８，…を高周波成分としてカットオフして形成される面）に対して傾斜した第１傾斜面２７１と第２傾斜面２７２とを有し、こられ第１傾斜面２７１と第２傾斜面２７２とで稜形状に形成されている。これら第１傾斜面２７１及び第２傾斜面２７２は、基準面５１に対する傾斜角αがそれぞれ同じ大きさであると共に、それぞれの短手方向幅（即ち、構造単位２７０，２７０，…の配列方向への幅）が同じである。すなわち、各構造単位２７０の横断面形状は、図１０に示すように、二等辺三角形になっている。この第１傾斜面２７１が傾斜面を、第２傾斜面２７２が第２傾斜面を構成する。
尚、平板部材に対して構造単位２７０の傾斜角αと同様の角度を有する刃を備えたバイトを所定の１方向に移動させて切削加工を行うことで、構造単位２７０，２７０の間の谷の部分を加工し、さらにバイトを該１方向と直交する方向に平行移動させて隣りの谷の部分を順次加工していくことによって、本実施形態２のように所定の１方向に延びる稜形状をした構造単位２７０，２７０，…を形成することができる。
そして、これら構造単位２７０，２７０，…の表面には、前記実施形態１と同様に、微小凹凸部８，８，…が形成されている（図５参照）。
ここで、入射光Ｌと射出光とを含む平面として定義される入射面（図９の破線参照）が構造単位２７０，２７０，…の横断面と平行であるときについて説明する。
入射光Ｌが反射防止構造部２５０の基準面５１に対して入射角θで入射すると、反射防止構造部２５０の表面に形成された各構造単位２７０の第１傾斜面２７１は基準面５１に対して傾斜角αで傾斜しているため、該第１傾斜面２７１に対する入射光Ｌの入射角は（θ−α）となり、基準面５１に対する入射角θよりも小さくなる。つまり、実施形態１と同様に、入射光Ｌの入射角がαだけマイナス側にシフトすることになり、入射光Ｌの入射角の絶対値の最大値を抑制することができる。その結果、基準面５１に対する入射角が比較的大きな入射光Ｌについても反射率を十分に抑制することができる。
このとき、入射光Ｌの第２傾斜面２７２に対する入射角は（θ＋α）となり、基準面５１に対する入射角θよりも大きくなるが、第２傾斜面２７２の入射光Ｌの入射方向への投影面積は、第１傾斜面２７１の該入射方向への投影面積に対して非常に小さくなっている。すなわち、入射光Ｌから見た第２傾斜面２７２の面積は、第１傾斜面２７１に比べて非常に小さく、入射光Ｌの第２傾斜面２７２に対する入射角が基準面５１に対する入射角θよりも大きくなることが反射防止構造部２５０の表面全体の反射率に与える影響は極めて小さい。
そして、このように構成された構造単位２７０，２７０，…の表面に微小凹凸部８，８，…を形成することによって、反射防止構造部２５０の表面と空気層との間の急激な屈折率変化が抑制され、微小凹凸部８，８，…が形成された表面の表層部において屈折率がなだらかに変化することになる。その結果、図１１に示すように、反射防止構造部２５０の表面における反射率が効果的に抑制される。このとき、各構造単位２７０の第１及び第２傾斜面２７１，２７２の基準面５１に対する傾斜角αは３０°である。
したがって、本実施形態２によれば、反射防止構造部２５０の表面に微小凹凸部８，８，…を形成することによって、レンズ鏡筒２０５の内周面の表層における屈折率の変化がなだらかにするため、反射率を低減することができると共に、この微小凹凸部８，８，…を反射防止構造部２５０の基準面５１に対して傾斜した第１及び第２傾斜面２７１，２７２を有する構造単位２７０，２７０，…の表面に形成することによって、入射光Ｌの入射角が実質的に小さくなるため、反射率の角度依存性を抑制することができる。
また、微小凹凸部８，８，…が形成される反射防止構造部２５０の表面に構造単位２７０，２７０，…を形成することによって、反射防止構造部２５０の表面を粗面に形成し該粗面上に微小凹凸部８，８，…を形成する構成と比較して、反射防止構造部２５０の表面の傾斜角を所望の値に加工し易く、所望の性能を有する反射防止構造部２５０を容易に製造することができると共に、生産性を向上させることができる。それに加えて、微小凹凸部８，８，…が形成される反射防止構造部２５０の表面に構造単位２７０，２７０，…を形成することによって、粗面に形成された反射防止構造部２５０の表面に微小凹凸部８，８，…を形成する構成と比較して、より効果的に反射率を低減することができる。
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態１，２について、以下のような構成としてもよい。
すなわち、前記実施形態では、光透過性のレンズ鏡筒を例に挙げて説明したが、本発明に係る反射防止構造体は光透過性のものに限定されるものではなく、例えば、光吸収性のもの、所謂黒体であってもよい。
また、前記実施形態１では、各構造単位７０（２７０）を構成する側面７１〜７４（２７１，２７２）は互いに相似形に形成され且つ基準面５１に対する傾斜角も同じに構成されているが、これに限られるものではない。例えば、各側面の形状を相似形とせず、一の側面の基準面５１に対する傾斜角と該一の側面に対向する別の側面の基準面５１に対する傾斜角とを異なる角度にしてもよい。
さらにまた、反射防止構造部３５０の表面に入射する入射光Ｌの入射方向が予め想定できるときには、図１２に示すように、基礎構造部３０７を構成する各構造単位３７０の一の傾斜面３７１を、その法線方向が想定される入射光Ｌの入射方向を向くように構成してもよい。そうすることによって、構造単位３７０に入射する入射光Ｌの入射角が０°となり、微小凹凸部８，８，…の効果と相俟って、入射光Ｌの反射率をさらに効果的に低減することができる。このとき、入射光Ｌの入射方向を向く傾斜面３７１と、該傾斜面３７１に対向する傾斜面３７２とのなす角が直角であることが好ましい。そうすることによって、入射光Ｌの入射方向への該対向する傾斜面３７２の投影面積が０になり、構造単位３７０に入射する入射光Ｌの入射角が基準面５１に対する入射角よりも大きくなることを防止することができる。
また、構造単位７０，７０，…の傾斜面の傾斜角は、全ての構造単位７０，７０，…で一様である必要はない。例えば、各構造単位７０が配置される場所に応じて想定される入射光Ｌの入射角に合わせて傾斜面の傾斜角を変えてもよい。その場合、入射光Ｌの各傾斜面に対する入射角が０となるように、各傾斜面の傾斜角を設定することが好ましい。また、想定される入射角が複数ある場合には、図１３に示すように、反射防止構造部４５０の表面に形成される基礎構造部４０７を、側面の傾斜角が異なる構造単位４７０Ａ，４７０Ｂとを交互に配列して構成してもよい。
また、ここでは、ＳＷＳが表面の全面にわたって形成されている例について説明したが、ＳＷＳを表面の全面にわたって必ずしも設ける必要はなく、必要に応じた箇所のみにＳＷＳを形成してもよい。この場合に、ＳＷＳを設けた箇所のみならず、表面のその他の箇所もＳＷＳを設けた箇所と同様に構造単位７０，７０，…（２７０，２７０，…）を設けても構わず、また、そのときの構造単位７０，７０，…（２７０，２７０，…）の傾斜面の傾斜角をＳＷＳを設けている部分と異ならせてもよい。さらに、ＳＷＳを設けていない箇所には反射率が比較的低い膜と比較的高い膜との多層膜からなるような他の反射防止構造を形成してもよい。また、ＳＷＳが形成されている領域内においても、必要に応じてＳＷＳの高さや周期（ピッチ）を調節してもよい。
さらに、前記実施形態に係る基礎構造部７及び微小凹凸部８，８，…を備えた反射防止構造体は、レンズ鏡筒５に適用されるものに限定されるものではない。例えば、ディスプレイ等の前面に配置され、ディスプレイ表面における光の反射（外光の映り込み等）を抑制する拡散板であってもよい。または、表示装置をはじめ、撮像装置、照明装置、プロジェクタ等の種々の光学機器の構成部材等であってもよい。具体的には、半導体レーザ素子、ＬＥＤ素子、電球、冷陰極管等の発光素子、電荷結合素子（ＣＣＤ）やＣＭＯＳ等のイメージセンサ、パワーメータ、エネルギーメータ、反射率測定機器等の光検出器、マイクロレンズアレイ、フォトディテク他等に対して適用することもできる。
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
以上説明したように、本発明は、所定の波長以上の光の反射を抑制すると共に該反射が抑制される光を吸収する反射防止構造体、光学ユニット及び光学装置について有用である。
１ 撮像装置（光学装置）
２ レンズ鏡筒ユニット（光学ユニット）
４ 光学系
５ レンズ鏡筒（鏡筒）
５０，２５０，３５０，４５０ 反射防止構造部（反射防止構造体）
５１ 基準面
７，２０７，３０７，４０７ 基礎構造部
７０，２７０，３７０，４７０Ａ，４７０Ｂ 構造単位
７１ 第１側面（傾斜面）
７２ 第２側面（傾斜面）
７３ 第３側面（傾斜面）
７４ 第４側面（傾斜面）
２７１ 第１傾斜面（傾斜面）
２７２ 第２傾斜面
３７１ 傾斜面
３７２ 傾斜面
８ 微小凹凸部

Claims (15)

  1. 所定の波長以上の光の反射を抑制すると共に該反射が抑制される光を吸収する反射防止構造体であって、
    基準面上に設けられ且つ該基準面とのなす角が所定角度となる傾斜面を有する構造単位が複数並んで構成された基礎構造部と、
    前記基礎構造部の表面に形成され、前記所定の波長以下の周期で配列された複数の微小凹凸部とを備えている反射防止構造体。
  2. 請求項１に記載された反射防止構造体において、
    前記構造単位は、前記傾斜面を含んで構成された錘体状に形成されている反射防止構造体。
  3. 請求項２に記載された反射防止構造体において、
    前記構造単位は、前記傾斜面を含んで構成された四角錐状に形成されている反射防止構造体。
  4. 請求項２又は３に記載された反射防止構造体において、
    前記構造単位は、直錐体状に形成されている反射防止構造体。
  5. 請求項１に記載された反射防止構造体において、
    前記構造単位は、前記傾斜面と該傾斜面に隣接する第２傾斜面とで稜部を形成している反射防止構造体。
  6. 請求項５に記載された反射防止構造体において、
    前記構造単位は、前記稜部の断面が二等辺三角形となっている反射防止構造体。
  7. 請求項１乃至６の何れか１つに記載された反射防止構造体において、
    前記傾斜面の前記所定角度は、５度〜４５度である反射防止構造体。
  8. 請求項１乃至７の何れか１つに記載された反射防止構造体において、
    前記基礎構造部は、前記傾斜面の前記所定角度が異なる複数種類の構造単位を有している反射防止構造体。
  9. 請求項１乃至８の何れか１つに記載された反射防止構造体において、
    前記微小凹凸部は、錐体状の凹部若しくは凸部、又は線条凹部若しくは線条凸部である反射防止構造体。
  10. 請求項１乃至８の何れか１つに記載された反射防止構造体において、
    前記微小凹凸部は、その高さが前記反射が抑制される光の波長の０．４倍以上である反射防止構造体。
  11. 請求項１乃至８の何れか１つに記載された反射防止構造体において、
    前記微小凹凸部が内周面を構成するように円筒状に形成されている反射防止構造体。
  12. 光学系と、所定の方向から光が入射するように配置された請求項１乃至１１の何れか１つに記載の反射防止構造体とを備えた光学ユニットであって、
    前記微小凹凸部は、前記光学系からの光の波長以下の周期で規則的に配列されている光学ユニット。
  13. 請求項１２に記載された光学ユニットにおいて、
    前記傾斜面は、その法線方向が前記所定の方向を向いている光学ユニット。
  14. 請求項１２又は１３に記載された光学ユニットにおいて、
    前記光学系を内部に収納する鏡筒をさらに備え、
    前記反射防止構造体は、前記鏡筒の内周面に配設されている光学ユニット。
  15. 請求項１２乃至１４の何れか１つの光学ユニットを備えた光学装置。
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