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JP2011095310A - Optical element - Google Patents

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JP2011095310A
JP2011095310A JP2009246390A JP2009246390A JP2011095310A JP 2011095310 A JP2011095310 A JP 2011095310A JP 2009246390 A JP2009246390 A JP 2009246390A JP 2009246390 A JP2009246390 A JP 2009246390A JP 2011095310 A JP2011095310 A JP 2011095310A
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JP
Japan
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light
film
light reflection
wavelength
film thickness
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009246390A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayoshi Saito
隆義 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Glass Co Ltd filed Critical Nippon Electric Glass Co Ltd
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  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element having high transmittance in the optical element in which light entering and outgoing surfaces forming a light reflecting suppression film include a plurality of light entering and outgoing surface parts which are arranged by centering an optical axis, are mutually different in angles for the optical axis and discontinuously installed. <P>SOLUTION: The light reflecting suppression film 20 is composed so that each of light wavelength regions Δλ<SB>1</SB>, Δλ<SB>2</SB>includes a use wavelength region Δλ<SB>0</SB>. The light wavelength region Δλ<SB>1</SB>is a light wavelength region suppressing reflection in the light entering and outgoing surface 10a when film thickness of the light reflecting suppression film 20 is the maximum film thickness d<SB>0</SB>. The light wavelength region Δλ<SB>2</SB>is a light wavelength region suppressing reflection in the light entering and outgoing surface 10a when the film thickness of the light reflecting suppression film 20 is the minimum film thickness d<SB>1</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学素子に関する。   The present invention relates to an optical element.

従来、例えば、液晶表示装置などの光学装置において、光の集光や拡散に用いられるレンズとして、フレネルレンズ面を有するフレネルレンズシートが用いられている。フレネルレンズシートは、シート厚みが薄いにも関わらず、大きな光学的パワーを有する。このため、フレネルレンズシートを用いることにより、光学装置の高機能化と小型化を図ることが可能となる。   Conventionally, for example, in an optical device such as a liquid crystal display device, a Fresnel lens sheet having a Fresnel lens surface is used as a lens used for condensing and diffusing light. The Fresnel lens sheet has a large optical power despite its thin sheet thickness. For this reason, by using a Fresnel lens sheet, it becomes possible to achieve high functionality and downsizing of the optical device.

ところで、フレネルレンズシートについても、通常の光学素子と同様に、透過率が高いことが求められる。このため、例えば、下記の特許文献1などにおいて、フレネルレンズシートの光入出面に反射防止膜を設けることが提案されている。   By the way, the Fresnel lens sheet is also required to have a high transmittance as in the case of a normal optical element. For this reason, for example, the following Patent Document 1 proposes to provide an antireflection film on the light entrance / exit surface of the Fresnel lens sheet.

特開2007−86774号公報JP 2007-86774 A

上記特許文献1には、フレネルレンズシートの少なくとも一方の入出面に反射防止膜を設けることにより、反射率を低減し、透過率を高めることができる旨が記載されている。しかしながら、本発明者が鋭意研究した結果、例えばガラス基板に反射防止膜を形成する場合のように単に反射防止膜を形成した場合、反射を十分に抑制できない場合があることが分かった。   Patent Document 1 describes that by providing an antireflection film on at least one entrance / exit surface of a Fresnel lens sheet, the reflectance can be reduced and the transmittance can be increased. However, as a result of intensive studies by the inventors, it has been found that, for example, when an antireflection film is simply formed as in the case of forming an antireflection film on a glass substrate, reflection may not be sufficiently suppressed.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光反射抑制膜が形成されている光入出面が、光軸を中心として配列されており、前記光軸に対する角度が相互に異なり、かつ不連続に設けられている複数の光入出面部を含む光学素子であって、高い透過率を有する光学素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to arrange the light incident / exit surfaces on which the light reflection suppressing film is formed around the optical axis, and the angles with respect to the optical axis are mutually different. It is an optical element including a plurality of light entrance / exit surfaces provided differently and discontinuously, and an optical element having high transmittance.

本発明に係る光学素子は、素子本体と、光反射抑制膜とを備えている。素子本体は、一対の光入出面を有する。光反射抑制膜は、光入出面における光の反射を抑制する膜である。本発明に係る光学素子は、使用波長域Δλの光に対して使用される光学素子である。光反射抑制膜が形成されている光入出面は、複数の光入出面部を含む。複数の光入出面部は、光軸を中心として配列されている。複数の光入出面部は、光軸に対する角度が相互に異なり、かつ不連続に設けられている。光反射抑制膜は、複数の光入出面部の上に形成されている。本発明に係る光学素子においては、光の波長域Δλと、光の波長域Δλとのそれぞれが、使用波長域Δλを含むように、光反射抑制膜が構成されている。ここで、光の波長域Δλは、光反射抑制膜の膜厚がdであるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域である。dは、光入出面部の法線方向において、光反射抑制膜の膜厚が最大となる部分の光反射抑制膜の膜厚である。光の波長域Δλは、光反射抑制膜の膜厚がdであるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域である。dは、光入出面部の法線方向において、光反射抑制膜の膜厚が最小となる部分の光反射抑制膜の膜厚である。 The optical element according to the present invention includes an element body and a light reflection suppressing film. The element body has a pair of light entrance / exit surfaces. The light reflection suppression film is a film that suppresses reflection of light on the light entrance / exit surface. The optical element according to the present invention is an optical element that is used for light in the used wavelength range Δλ 0 . The light entrance / exit surface on which the light reflection suppressing film is formed includes a plurality of light entrance / exit portions. The plurality of light entrance / exit surfaces are arranged around the optical axis. The plurality of light entrance / exit surfaces have different angles with respect to the optical axis and are provided discontinuously. The light reflection suppression film is formed on the plurality of light entrance / exit surfaces. In the optical element according to the present invention, the light reflection suppressing film is configured such that each of the light wavelength region Δλ 1 and the light wavelength region Δλ 2 includes the use wavelength region Δλ 0 . Here, the light wavelength region Δλ 1 is a light wavelength region in which reflection is suppressed at the light incident / exit surface when the thickness of the light reflection suppressing film is d 0 . d 0 is the film thickness of the light reflection suppressing film in the portion where the film thickness of the light reflection suppressing film is maximum in the normal direction of the light entrance / exit surface portion. The light wavelength region Δλ 2 is a light wavelength region in which reflection is suppressed at the light incident / exit surface when the thickness of the light reflection suppressing film is d 1 . d 1 is the film thickness of the light reflection suppressing film in the portion where the film thickness of the light reflection suppressing film is minimum in the normal direction of the light incident / exit surface portion.

なお、本発明において、光入出面部の法線方向における光反射抑制膜の膜厚は、光反射抑制膜のうち、ある光入出面部上に位置する部分においては、その光入出面部の法線方向における光反射抑制膜の膜厚である。すなわち、光反射抑制膜のうち、異なる光入出面部に位置する部分間で、膜厚の測定方向は異なる。   In the present invention, the film thickness of the light reflection suppressing film in the normal direction of the light incident / exit surface portion is the normal direction of the light incident / exit surface portion in the portion of the light reflection suppressing film located on a certain light incident / exit surface portion. Is the film thickness of the light reflection suppressing film. That is, the measurement direction of the film thickness is different between the portions of the light reflection suppressing film that are located on different light entrance / exit surfaces.

また、本発明において、光反射抑制膜の膜厚がdであるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλは、光反射抑制膜が形成されていないときの光反射率よりも光反射率が低くなる光の波長域をいう。 Further, in the present invention, when the film thickness of the light reflection suppressing film is d 0 , the light wavelength range Δλ 1 in which reflection is suppressed on the light entrance / exit surface is the light reflection when the light reflection suppressing film is not formed. It refers to the wavelength region of light where the light reflectance is lower than the rate.

同様に、光反射抑制膜の膜厚がdであるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλも、光反射抑制膜が形成されていないときの光反射率よりも光反射率が低くなる光の波長域をいう。 Similarly, the wavelength range Δλ 2 of the light whose reflection is suppressed at the light incident / exit surface when the film thickness of the light reflection suppressing film is d 1 is also higher than the light reflectance when the light reflection suppressing film is not formed. It refers to the wavelength range of light where the light reflectance is low.

また、光学素子における光の波長域Δλは、例えば、素子本体と同素材からなる平板上に膜厚がdである光反射抑制膜を形成した場合の光反射抑制膜と平板との間の境界面における光の反射を直接または間接的に測定することにより求めることができる。 The light wavelength range Δλ 1 in the optical element is, for example, between the light reflection suppression film and the flat plate when the light reflection suppression film having a film thickness of d 0 is formed on a flat plate made of the same material as the element body. Can be obtained by directly or indirectly measuring the reflection of light at the boundary surface.

同様に、光学素子における光の波長域Δλは、例えば、素子本体と同素材からなる平板上に膜厚がdである光反射抑制膜を形成した場合の光反射抑制膜と平板との間の境界面における光の反射を直接または間接的に測定することにより求めることができる。 Similarly, the wavelength range Δλ 2 of the light in the optical element is, for example, between the light reflection suppressing film and the flat plate when the light reflection suppressing film having a film thickness d 1 is formed on the flat plate made of the same material as the element body. It can be determined by directly or indirectly measuring the reflection of light at the interface between them.

本発明においては、上述のように、光反射抑制膜が形成されている光入出面は、複数の光入出面部を含む。そして、複数の光入出面部は、光軸に対する角度が相互に異なり、かつ不連続に設けられている。すなわち、本発明においては、光反射抑制膜が形成されている光入出面は、フレネルレンズ面(不連続屈折面ともいう。)や、位相段差面であり、複数の段差を有する面である。このように、複数の段差を有する光入出面上に光反射抑制膜を形成しても十分な光反射抑制効果が得られない場合がある。   In the present invention, as described above, the light input / output surface on which the light reflection suppressing film is formed includes a plurality of light input / output surface portions. The plurality of light entrance / exit surfaces have discontinuous angles with respect to the optical axis. That is, in the present invention, the light incident / exit surface on which the light reflection suppressing film is formed is a Fresnel lens surface (also referred to as a discontinuous refractive surface) or a phase step surface, and a surface having a plurality of steps. Thus, even if a light reflection suppressing film is formed on a light incident / exit surface having a plurality of steps, a sufficient light reflection suppressing effect may not be obtained.

本発明者が鋭意研究した結果、この原因は、複数の段差を有する面(以下、「段差面」ということがある。)に光反射抑制膜を成膜した場合、光反射抑制膜の厚みが均一にならないことにあることが分かった。すなわち、段差面に光反射抑制膜の成膜を行った場合、膜厚が不均一な光反射抑制膜が形成され、所望する膜厚よりも薄い部分が部分的に形成される。ここで、光反射抑制膜が光の反射を抑制できる波長域(以下、「反射抑制波長域」とする。)は、光反射抑制膜の膜厚によって変化する。具体的には、光反射抑制膜の反射抑制波長域は、光反射抑制膜の膜厚が薄くなると低波長側にシフトする。このため、例えば、光反射抑制膜の膜厚が薄くなりすぎ、光反射抑制膜の反射抑制波長域が大きく低波長側にシフトしてしまうと、光反射抑制膜の反射抑制波長域の最大波長が、使用波長域の最大波長よりも小さくなる。その結果、使用波長域の長波長側の部分における反射率が増大し、透過率が低下してしまうこととなる。   As a result of intensive studies by the present inventors, the cause of this is that when a light reflection suppressing film is formed on a surface having a plurality of steps (hereinafter, also referred to as “step surface”), the thickness of the light reflection suppressing film is It turned out that it was not uniform. That is, when the light reflection suppressing film is formed on the step surface, a light reflection suppressing film having a non-uniform film thickness is formed, and a portion thinner than the desired film thickness is partially formed. Here, the wavelength region in which the light reflection suppressing film can suppress light reflection (hereinafter referred to as “reflection suppressing wavelength region”) varies depending on the film thickness of the light reflection suppressing film. Specifically, the reflection suppression wavelength region of the light reflection suppression film shifts to the lower wavelength side as the light reflection suppression film becomes thinner. For this reason, for example, if the film thickness of the light reflection suppression film becomes too thin, and the reflection suppression wavelength range of the light reflection suppression film is greatly shifted to the lower wavelength side, the maximum wavelength of the reflection suppression wavelength range of the light reflection suppression film However, it becomes smaller than the maximum wavelength of the used wavelength range. As a result, the reflectance in the portion on the long wavelength side of the used wavelength range increases, and the transmittance decreases.

例えば、図1に示すように、波長域Δλを使用波長域Δλと実質的に同様とした場合、膜厚がdよりも薄くなった部分における光の反射抑制波長域Δλrefは、波長域Δλよりも低波長域側に位置するため、使用波長域Δλの高波長域側の部分Δλを含まない。従って、使用波長域Δλの高波長域側の部分Δλの光の反射を十分に抑制できないこととなる。従って、波長域Δλにおける透過率が低下してしまう。 For example, as shown in FIG. 1, when the wavelength region Δλ 1 is substantially the same as the used wavelength region Δλ 0 , the light reflection suppression wavelength region Δλ ref in the portion where the film thickness is thinner than d 0 is Since it is located on the lower wavelength region side than the wavelength region Δλ 1, the portion Δλ 3 on the higher wavelength region side of the used wavelength region Δλ 0 is not included. Therefore, reflection of light in the portion Δλ 3 on the high wavelength region side of the used wavelength region Δλ 0 cannot be sufficiently suppressed. Therefore, the transmittance in the wavelength region Δλ 3 is lowered.

それに対して、本発明では、光反射抑制膜の膜厚がdであるときに光入出面において反射が抑制される光の反射抑制波長域Δλと、光反射抑制膜の膜厚がdであるときに光入出面において反射が抑制される光の反射抑制波長域Δλとのそれぞれが、使用波長域Δλを含むように、光反射抑制膜が構成されている。すなわち、光反射抑制膜の膜厚がdにまで薄くなったときにも、光の反射が抑制される波長域が使用波長域Δλを含むように、光反射抑制膜が構成されている。 On the other hand, in the present invention, when the film thickness of the light reflection suppressing film is d 0 , the light reflection suppressing wavelength region Δλ 1 where reflection is suppressed at the light incident / exit surface and the film thickness of the light reflection suppressing film are d. The light reflection suppressing film is configured so that each of the reflection suppression wavelength regions Δλ 2 of which reflection is suppressed at the light incident / exit surface when it is 1 , includes the use wavelength region Δλ 0 . That is, even when the film thickness of the light reflection suppression film is reduced to d 1 , the light reflection suppression film is configured such that the wavelength range in which light reflection is suppressed includes the use wavelength range Δλ 0 . .

具体的には、例えば、
使用波長域Δλ:λmin0〜λmax0
反射抑制波長域Δλ:λmin1〜λmax1
反射抑制波長域Δλ:λmin2〜λmax2
((膜厚d)/(膜厚d)):x、
((膜厚d)/(膜厚d))=xのときに、反射抑制波長域Δλの最大波長λmax1に対する反射抑制波長域Δλの最大波長λmax2の大きさ(λmax2/λmax1):y、
とすると、図2に示すような関係となるように、光反射抑制膜が設計されている。
Specifically, for example,
Use wavelength range Δλ 0 : λ min0 to λ max0 ,
Reflection suppression wavelength region Δλ 1 : λ min1 to λ max1 ,
Reflection suppression wavelength region Δλ 2 : λ min2 to λ max2 ,
((Film thickness d 1 ) / (film thickness d 0 )): x,
((Thickness d 1) / (film thickness d 0)) = when x, the magnitude of the maximum wavelength lambda max2 reflection-inhibiting wavelength range [Delta] [lambda] 2 with respect to the maximum wavelength lambda max1 reflection-inhibiting wavelength range [Delta] [lambda] 1 (lambda max2 / Λ max1 ): y,
Then, the light reflection suppressing film is designed so as to have a relationship as shown in FIG.

つまり、本発明においては、光反射抑制膜の膜厚が、ねらいの膜厚dよりもy倍に薄くなる部分が生じることを見越して、反射抑制波長域Δλの最小波長λmin1が使用波長域Δλの最小波長λmin0よりも小さくなり、かつ最大波長λmax1がλmax0/y以上となるように(すなわち、λmax1×yがλmax0以上となるように)、光反射抑制膜が構成されている。このため、反射抑制波長域Δλの最小波長λmin1よりも短波長である、反射抑制波長域Δλの最小波長λmin2は、使用波長域Δλの最小波長λmin0よりも小さくなる。また、λmax1≧λmax0/yであるため、λmax2=λmax1×y≧λmax0となる。よって、使用波長域Δλが反射抑制波長域Δλにも含まれることなる。従って、光反射抑制膜のうち、ねらいの膜厚dよりも薄くなった部分においても、使用波長域Δλの光の反射を抑制することができる。よって、本発明においては、使用波長域Δλの全域において、光入出面における光の反射を効果的に抑制することができる。その結果、使用波長域Δλの全域において、高い透過率を実現することができる。 In other words, in the present invention, the minimum wavelength λ min1 of the reflection suppression wavelength region Δλ 1 is used in anticipation of a portion where the film thickness of the light reflection suppression film becomes y times thinner than the target film thickness d 0. The light reflection suppressing film is smaller than the minimum wavelength λ min0 of the wavelength region Δλ 0 and the maximum wavelength λ max1 is not less than λ max0 / y (that is, λ max1 × y is not less than λ max0 ). Is configured. Therefore, the minimum wavelength λ min2 of the reflection suppression wavelength region Δλ 2 that is shorter than the minimum wavelength λ min1 of the reflection suppression wavelength region Δλ 1 is smaller than the minimum wavelength λ min0 of the use wavelength region Δλ 0 . Further, since λ max1 ≧ λ max0 / y, λ max2 = λ max1 × y ≧ λ max0 . Therefore, the use wavelength range Δλ 0 is also included in the reflection suppression wavelength range Δλ 2 . Therefore, even in a portion of the light reflection suppressing film that is thinner than the target film thickness d 0, it is possible to suppress the reflection of light in the used wavelength range Δλ 0 . Therefore, in the present invention, it is possible to effectively suppress the reflection of light on the light entrance / exit surface in the entire use wavelength range Δλ 0 . As a result, high transmittance can be realized in the entire use wavelength range Δλ 0 .

ここで、本発明者が鋭意研究した結果、反射抑制波長域Δλの最大波長λmax2は、反射抑制波長域Δλの最大波長λmax1にd/dを乗じて得られる値とほぼ一致することが分かった。すなわち、上記の例で言えば、x(=((膜厚d)/(膜厚d)))≒y(=λmax2/λmax1)となることが分かった。よって、反射抑制波長域Δλの最大波長λmax1にd/dを乗じて得られる値が使用波長域Δλの最大波長λmax0以上となるように光反射抑制膜を設計することによって、λmax1≧λmax0かつλmax2≧λmax0とすることができる。 Here, the inventors of the present inventors have intensively studied, the maximum wavelength lambda max2 reflection-inhibiting wavelength range [Delta] [lambda] 2 is substantially a value obtained by multiplying the d 1 / d 0 to the maximum wavelength lambda max1 reflection-inhibiting wavelength range [Delta] [lambda] 1 It turns out that they match. That is, in the above example, it was found that x (= ((film thickness d 1 ) / (film thickness d 0 ))) ≈y (= λ max2 / λ max1 ). Therefore, by designing the light reflection suppression film such that the value obtained by multiplying the maximum wavelength λ max1 of the reflection suppression wavelength region Δλ 1 by d 1 / d 0 is equal to or greater than the maximum wavelength λ max0 of the use wavelength region Δλ 0 . , Λ max1 ≧ λ max0 and λ max2 ≧ λ max0 .

従って、本発明においては、反射抑制波長域Δλの最大波長λmax1にd/dを乗じて得られる値が使用波長域Δλの最大波長λmax0以上であり、反射抑制波長域Δλの最小波長λmin1が使用波長域Δλの最小波長λmin0以下となるように、光反射抑制膜が構成されていることが好ましい。そうすることにより、確実に使用波長域Δλにおける光透過率を高めることができる。 Therefore, in the present invention, the value obtained by multiplying the maximum wavelength λ max1 of the reflection suppression wavelength region Δλ 1 by d 1 / d 0 is equal to or greater than the maximum wavelength λ max0 of the use wavelength region Δλ 0 , and the reflection suppression wavelength region Δλ as the first minimum wavelength lambda min1 is less than the minimum wavelength lambda min0 used wavelength range [Delta] [lambda] 0, it is preferable that the light reflection suppression film is formed. By doing so, it is possible to reliably increase the light transmittance in the use wavelength region Δλ 0 .

なお、本発明における光反射抑制膜の設計は、従来通常に行われてきた光反射抑制膜の設計とは大きく異なる。従来は、例えば、波長405nmの光の反射を抑制したいと考えた場合は、波長405nmの光のみの反射を抑制できる設計とし、それ以外の波長の光の反射は、許容する方向で光反射抑制膜の設計が行われてきた。これは、より広い波長域の光の反射を抑制するためには、光反射抑制膜をより積層数が多い多層膜にする必要があったり、光反射抑制膜の作製が困難になったりするからである。従って、本発明のように、反射抑制波長域Δλが使用波長域Δλよりも大幅に広くなるように光反射抑制膜を設計することは、従来の設計思想からは、容易に想到し得なかったものである。 In addition, the design of the light reflection suppressing film in the present invention is greatly different from the design of the light reflection suppressing film conventionally performed. Conventionally, for example, when it is desired to suppress the reflection of light having a wavelength of 405 nm, it is designed to suppress the reflection of only light having a wavelength of 405 nm, and the reflection of light of other wavelengths is suppressed in a permissible direction. Membrane design has been done. This is because, in order to suppress reflection of light in a wider wavelength range, it is necessary to make the light reflection suppression film a multilayer film having a larger number of layers, or it becomes difficult to produce the light reflection suppression film. It is. Therefore, as in the present invention, designing a light reflection suppression film so that the reflection suppression wavelength region Δλ 1 is significantly wider than the use wavelength region Δλ 0 can be easily conceived from the conventional design concept. It was not.

本発明において、光反射抑制膜の膜設計を行うためには、膜厚d,膜厚d、波長域Δλ、波長域Δλなどのデータの少なくともひとつが必要となる。これらのデータの求め方は特に限定されない。これらのデータは、例えば、実験的に求めてもよいし、実験とシミュレーションにより求めてもよい。 In the present invention, in order to design the light reflection suppressing film, at least one of data such as the film thickness d 0 , the film thickness d 1 , the wavelength region Δλ 1 , and the wavelength region Δλ 2 is required. The method for obtaining these data is not particularly limited. These data may be obtained experimentally, for example, or may be obtained by experiments and simulations.

膜厚dと膜厚dとの比(膜厚d)/(膜厚d)を求めるに際しては、光反射抑制膜の全領域において膜厚を測定することが理想的である。しかしながら、光反射抑制膜は、通常、非常に薄く、膜厚の測定が困難であることもあり、光反射抑制膜の全領域において膜厚を測定することは、実際上困難である。 When determining the ratio (film thickness d 1 ) / (film thickness d 0 ) between the film thickness d 0 and the film thickness d 1 , it is ideal to measure the film thickness in the entire region of the light reflection suppressing film. However, the light reflection suppression film is usually very thin and it may be difficult to measure the film thickness, and it is actually difficult to measure the film thickness in the entire region of the light reflection suppression film.

スパッタリング法や蒸着法などの通常の薄膜形成方法を用いて光反射抑制膜を形成した場合、光反射抑制膜の膜厚は、光反射抑制膜が形成される面と光軸とのなす角の大きさと相関する。具体的には、光反射抑制膜が形成される面と光軸とのなす角の大きさが小さいほど形成される光反射抑制膜の膜厚が大きくなる。一方、光反射抑制膜が形成される面と光軸とのなす角の大きさが大きいほど形成される光反射抑制膜の膜厚が小さくなる。また、光の集光や拡散を行う光学素子においては、複数の光入出面部のうちの光軸に最も近くに位置する部分において光入出面と光軸とのなす角度が最も小さくなる。当該部分では、要求される光学的パワーが最も小さくなるためである。一方、複数の光入出面部のうちの光軸に最も遠くに位置する部分において光入出面と光軸とのなす角度が最も大きくなる。当該部分では、要求される光学的パワーが最も大きくなるためである。したがって、膜厚dは、複数の光入出面部のうちの光軸に最も近くに位置する部分の上における光反射抑制膜の膜厚とし、膜厚dは、複数の光入出面部のうちの光軸に最も遠くに位置する部分の上における光反射抑制膜の膜厚とし、これら2箇所において、膜厚を測定またはシミュレーションすることにより、膜厚dと膜厚dとの比(膜厚d)/(膜厚d)を求めればよい。 When a light reflection suppression film is formed using a normal thin film formation method such as sputtering or vapor deposition, the thickness of the light reflection suppression film is the angle between the surface on which the light reflection suppression film is formed and the optical axis. Correlates with size. Specifically, the smaller the angle between the surface on which the light reflection suppression film is formed and the optical axis is, the larger the film thickness of the light reflection suppression film formed is. On the other hand, the greater the angle between the surface on which the light reflection suppression film is formed and the optical axis, the smaller the film thickness of the light reflection suppression film formed. Further, in an optical element that collects and diffuses light, the angle formed between the light input / output surface and the optical axis is the smallest in the portion of the plurality of light input / output surface portions that is located closest to the optical axis. This is because the required optical power is minimized in this portion. On the other hand, the angle formed between the light input / output surface and the optical axis is the largest in the portion of the plurality of light input / output surfaces that is located farthest from the optical axis. This is because the required optical power is maximized in this portion. Accordingly, the film thickness d 0 is the film thickness of the light reflection suppressing film on the portion of the plurality of light entrance / exit surfaces that is closest to the optical axis, and the film thickness d 1 is the thickness of the plurality of light entrance / exit surfaces. The film thickness of the light reflection suppressing film on the portion farthest from the optical axis of the film is measured, and the film thickness is measured or simulated at these two locations, whereby the ratio of the film thickness d 0 to the film thickness d 1 ( thickness d 1) / (may be obtained a film thickness d 0).

決定された反射抑制波長域Δλを満たす光反射抑制膜の設計は、公知の設計手法を用いて行うことができる。反射抑制波長域Δλによっては、光反射抑制膜は、単一膜により構成してもよいし、多層膜により構成してもよい。但し、一般的に、多層膜により反射抑制膜を構成した方がより広い反射抑制波長域Δλを得やすい。このため、光反射抑制膜は、多層膜であることが好ましい。但し、多層膜の形成工程は煩雑であり、成膜コストが高い。従って、成膜容易性及び成膜コストの観点からは、反射抑制膜は、単一膜であることが好ましい。 The design of the light reflection suppressing film satisfying the determined reflection suppressing wavelength region Δλ 1 can be performed using a known design method. Depending on the reflection suppression wavelength region Δλ 1 , the light reflection suppression film may be composed of a single film or a multilayer film. However, in general, tends to give a broader reflection suppressing wavelength range [Delta] [lambda] 1 better to configure the antireflection film of a multilayer film. For this reason, the light reflection suppressing film is preferably a multilayer film. However, the multilayer film formation process is complicated and the film formation cost is high. Therefore, from the viewpoints of film formation ease and film formation cost, the antireflection film is preferably a single film.

なお、本発明において、「フレネルレンズ面」及び「位相段差面」とは、複数の光入出面部と複数の光非透過面部とが光軸を中心として交互に配列されている面のことをいう。光非透過面部は、光軸と平行に配置されている面である。光非透過面部は、隣接する光入出面部の間に位置している。ここで、複数の光入出面部と複数の光非透過面部とが光軸を中心として交互に配列されている面のうち、フレネルレンズ面は、主として光の屈折により光学的パワーが実現されている面であり、位相段差面は、主として光の回折により光学的パワーが実現されている面である。なお、光の屈折と回折とのいずれが支配的に生じるかは、入射光の波長と、光入出面のピッチとによって決定される。   In the present invention, “Fresnel lens surface” and “phase step surface” refer to surfaces in which a plurality of light input / output surfaces and a plurality of light non-transparent surfaces are alternately arranged around the optical axis. . The light non-transmission surface portion is a surface arranged in parallel with the optical axis. The light non-transmission surface portion is located between the adjacent light entrance / exit surface portions. Of the surfaces in which a plurality of light entrance / exit surface portions and a plurality of light non-transparent surface portions are alternately arranged with the optical axis as the center, the Fresnel lens surface has optical power realized mainly by light refraction. The phase step surface is a surface on which optical power is realized mainly by diffraction of light. Whether light refraction or diffraction occurs predominantly is determined by the wavelength of the incident light and the pitch of the light entrance / exit surface.

フレネルレンズ面と位相差段差面とのそれぞれにおいて、光は、光入出面部を通過するため、光反射抑制膜は、光入出面部の上のみに形成されていれば十分であるが、光入出面部の上と共に、光非透過面部の上に形成されていてもよい。   In each of the Fresnel lens surface and the phase difference step surface, since the light passes through the light entrance / exit surface portion, it is sufficient that the light reflection suppression film is formed only on the light entrance / exit surface portion. It may be formed on the light non-transmission surface part.

光入出面部と、光非透過面部とのそれぞれは、平面であってもよし、曲面であってもよい。光入出面部が曲面である場合は、光入出面部の法線は、光入出面部の近似平面の法線となる。   Each of the light entrance / exit surface portion and the light non-transmission surface portion may be a flat surface or a curved surface. When the light input / output surface portion is a curved surface, the normal line of the light input / output surface portion is a normal line of the approximate plane of the light input / output surface portion.

本発明によれば、光反射抑制膜が形成されている光入出面が、光軸を中心として配列されており、前記光軸に対する角度が相互に異なり、かつ不連続に設けられている複数の光入出面部を含む光学素子であって、高い透過率を有する光学素子が提供される。   According to the present invention, the light incident / exit surfaces on which the light reflection suppressing films are formed are arranged with the optical axis as the center, and the angles with respect to the optical axis are different from each other and are provided discontinuously. An optical element including a light entrance / exit surface portion and having high transmittance is provided.

波長域λ1を使用波長域λ0と実質的に等しく設計した場合の波長域の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship of the wavelength range at the time of designing wavelength range (lambda) 1 substantially equal to use wavelength range (lambda) 0. 本発明における波長域の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship of the wavelength range in this invention. 本発明を実施した一実施形態に係る光学素子の略図的断面図である。It is a schematic sectional drawing of the optical element which concerns on one Embodiment which implemented this invention. 図3におけるIV部分の略図的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a portion IV in FIG. 3. 図3におけるV部分の略図的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a V portion in FIG. 3. 光反射抑制膜を形成していないフレネルレンズ及びガラス基板、並びに光反射抑制膜を形成したフレネルレンズ及びガラス基板の透過率を表すグラフである。It is a graph showing the transmittance | permeability of the Fresnel lens and glass substrate which have not formed the light reflection suppression film | membrane, and the Fresnel lens and glass substrate which formed the light reflection suppression film | membrane. 実施例1において作製した光反射抑制膜付きフレネルレンズの透過率を表すグラフである。3 is a graph showing the transmittance of a Fresnel lens with a light reflection suppressing film manufactured in Example 1. FIG. 実施例1の光反射抑制膜を、膜厚dで形成したときに光の反射率を表す負ラフである。When the light reflection suppressing film of Example 1 is formed with a film thickness d 0 , it is negative rough representing the reflectance of light. 実施例1の光反射抑制膜を、膜厚dで形成したときに光の反射率を表す負ラフである。A light reflection suppression film of Example 1, a negative rough representing the reflectivity of light at the time of forming a film thickness d 1. 実施例2において作製した光反射抑制膜付きフレネルレンズの透過率を表すグラフである。6 is a graph showing the transmittance of a Fresnel lens with a light reflection suppression film produced in Example 2. 実施例2において作製した光反射抑制膜付きフレネルレンズの波長405nmにおける透過率を表すグラフである。6 is a graph showing the transmittance at a wavelength of 405 nm of a Fresnel lens with a light reflection suppression film produced in Example 2. FIG. 実施例2の光反射抑制膜を、膜厚dで形成したときに光の反射率を表す負ラフである。When the light reflection suppressing film of Example 2 is formed with a film thickness d 0 , this is a negative rough representing the reflectance of light. 実施例2の光反射抑制膜を、膜厚dで形成したときに光の反射率を表す負ラフである。A light reflection suppression film of Example 2, a negative rough representing the reflectivity of light at the time of forming a film thickness d 1. 実施例3において作製した光反射抑制膜付きフレネルレンズの透過率を表すグラフである。6 is a graph showing the transmittance of a Fresnel lens with a light reflection suppressing film produced in Example 3. 実施例3において作製した光反射抑制膜付きフレネルレンズの波長405nmにおける透過率を表すグラフである。6 is a graph showing the transmittance at a wavelength of 405 nm of a Fresnel lens with a light reflection suppressing film produced in Example 3. 実施例3の光反射抑制膜を、膜厚dで形成したときに光の反射率を表す負ラフである。A light reflection suppression film of Example 3, a negative rough representing the reflectivity of light at the time of forming a film thickness d 0. 実施例3の光反射抑制膜を、膜厚dで形成したときに光の反射率を表す負ラフである。A light reflection suppression film of Example 3, a negative rough representing the reflectivity of light at the time of forming a film thickness d 1.

以下、本発明を実施した好ましい形態について、図3に示す光学素子1を例に挙げて説明する。なお、光学素子1は、単なる例示である。本発明に係る光学素子は、光学素子1に何ら限定されない。   Hereinafter, a preferred embodiment in which the present invention is implemented will be described taking the optical element 1 shown in FIG. 3 as an example. The optical element 1 is merely an example. The optical element according to the present invention is not limited to the optical element 1.

図3に示す光学素子1は、最小波長λmin0以上最大波長λmax0以下の使用波長域Δλの光に対して使用される素子である。図3に示すように、光学素子1は、素子本体10を備えている。素子本体10は、光学素子1の使用波長域の光を透過させる部材である限りにおいて特に限定されない。素子本体10は、例えば、樹脂製またはガラス製であってもよい。 The optical element 1 shown in FIG. 3 is an element used for light in a use wavelength range Δλ 0 of a minimum wavelength λ min0 or more and a maximum wavelength λ max0 or less. As shown in FIG. 3, the optical element 1 includes an element body 10. The element body 10 is not particularly limited as long as it is a member that transmits light in the use wavelength range of the optical element 1. The element body 10 may be made of resin or glass, for example.

素子本体10は、一対の光入出面10a、10bを備えている。すなわち、光入出面10a、10bのうちの一方から入射した光は、光入出面10a、10bのうちの他方から出射する。本実施形態では、光入出面10bが光入射面を構成している。光入出面10aが光出射面を構成している。   The element body 10 includes a pair of light entrance / exit surfaces 10a and 10b. That is, light incident from one of the light incident / exit surfaces 10a and 10b is emitted from the other of the light incident / exit surfaces 10a and 10b. In the present embodiment, the light entrance / exit surface 10b constitutes a light incident surface. The light entrance / exit surface 10a constitutes a light exit surface.

光入出面10bは、平面状に形成されている。一方、光入出面10aは、フレネルレンズ面に形成されている。具体的には、光入出面10aは、平面状の複数の光入出面部10a1と、平面状の複数の光非透過面部10a2とを含む。複数の光入出面部10a1と、複数の光非透過面部10a2とは、光軸Aを中心として、径方向に交互に配列されている。このため、隣接する光入出面部10a1の間には、光非透過面部10a2が位置している。従って、複数の光入出面部10a1は、不連続に設けられている。   The light entrance / exit surface 10b is formed in a planar shape. On the other hand, the light entrance / exit surface 10a is formed on the Fresnel lens surface. Specifically, the light entrance / exit surface 10a includes a plurality of planar light entrance / exit surfaces 10a1 and a plurality of planar light non-transmission surface portions 10a2. The plurality of light entrance / exit surfaces 10 a 1 and the plurality of light non-transmission surfaces 10 a 2 are alternately arranged in the radial direction with the optical axis A as the center. For this reason, the light non-transmissive surface portion 10a2 is located between the adjacent light entrance / exit surface portions 10a1. Therefore, the plurality of light entrance / exit surfaces 10a1 are provided discontinuously.

光非透過面部10a2は、光軸Aと平行に配置されているため、光非透過面部10a2からは光は実質的に出射されない。光学素子1に入射した光は、光入出面部10a1から実質的に出射する。   Since the light non-transmissive surface portion 10a2 is disposed in parallel with the optical axis A, light is not substantially emitted from the light non-transmissive surface portion 10a2. The light incident on the optical element 1 is substantially emitted from the light incident / exit surface portion 10a1.

複数の光入出面部10a1は、光軸Aに対する角度が相互に異なる。具体的には、光軸Aに近いほど、光入出面部10a1の法線と、光軸Aとのなす角の大きさが小さい。光軸Aから遠ざかるほど、光入出面部10a1の法線と、光軸Aとのなす角の大きさが大きい。   The plurality of light entrance / exit surfaces 10a1 have different angles with respect to the optical axis A. Specifically, the closer to the optical axis A, the smaller the angle formed between the normal line of the light entrance / exit surface portion 10a1 and the optical axis A. The further away from the optical axis A, the larger the angle between the normal line of the light entrance / exit surface portion 10a1 and the optical axis A.

光入出面10aの上には、光反射抑制膜20が形成されている。具体的には、光反射抑制膜20は、光入出面10aのうちの複数の光入出面部10a1上に形成されている。   A light reflection suppressing film 20 is formed on the light entrance / exit surface 10a. Specifically, the light reflection suppressing film 20 is formed on the plurality of light entrance / exit surfaces 10a1 of the light entrance / exit surfaces 10a.

なお、本実施形態では、光入出面部10bの上には光反射抑制膜が実質的に形成されていない例について説明する。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、一対の光入出面の両方の上に光反射抑制膜が形成されていてもよい。   In the present embodiment, an example in which a light reflection suppression film is not substantially formed on the light entrance / exit surface portion 10b will be described. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, a light reflection suppressing film may be formed on both of the pair of light entrance / exit surfaces.

本実施形態において、光反射抑制膜20は、例えば、スパッタリング法や蒸着法などの薄膜形成法により形成されたものである。このため、図4及び図5に示すように、光反射抑制膜20の膜厚は、不均一となっている。具体的には、複数の光入出面部10a1のうち、光入出面部10a1の法線と光軸Aとのなす角度が小さい部分の上に形成されている光反射抑制膜20の部分の膜厚は、比較的大きい。複数の光入出面部10a1のうち、光入出面部10a1の法線と光軸Aとのなす角度が大きい部分の上に形成されている光反射抑制膜20の部分の膜厚は、比較的小さい。さらに、同一の光入出面部10a1上においても、頂点側が分厚く、底側が薄い。光反射抑制膜20のうち、最も膜厚の厚い部分は、光軸Aに最も近い部分である。本実施形態では、光軸A上に光反射抑制膜20が形成されているため、図4に示す、光反射抑制膜20の光軸A上に位置する部分20aの法線に沿った厚みがdとなる。一方、光反射抑制膜20のうち、最も膜厚の薄い部分は、図5に示す、光反射抑制膜20のうち、光軸Aから最も離れた部分20bとなる。従って、部分20bの法線方向に沿った厚みがdとなる。 In the present embodiment, the light reflection suppressing film 20 is formed by a thin film forming method such as a sputtering method or a vapor deposition method. For this reason, as shown in FIG.4 and FIG.5, the film thickness of the light reflection suppression film | membrane 20 is non-uniform | heterogenous. Specifically, the film thickness of the portion of the light reflection suppressing film 20 formed on the portion where the angle between the normal line of the light incident / exit surface portion 10a1 and the optical axis A is small among the plural light incident / exit surfaces 10a1 is as follows. Is relatively large. Of the plurality of light entrance / exit surfaces 10a1, the thickness of the portion of the light reflection suppression film 20 formed on the portion where the angle between the normal line of the light entrance / exit surface 10a1 and the optical axis A is large is relatively small. Further, even on the same light entrance / exit surface portion 10a1, the apex side is thick and the bottom side is thin. The thickest part of the light reflection suppression film 20 is the part closest to the optical axis A. In the present embodiment, since the light reflection suppressing film 20 is formed on the optical axis A, the thickness along the normal line of the portion 20a located on the optical axis A of the light reflection suppressing film 20 shown in FIG. d 0 . On the other hand, the thinnest portion of the light reflection suppression film 20 is a portion 20b farthest from the optical axis A in the light reflection suppression film 20 shown in FIG. Therefore, the thickness along the normal direction of the portion 20b is d 1.

光反射抑制膜20は、使用波長域Δλの光の光入出面10aにおける反射を抑制するための膜である。光反射抑制膜20は、光反射抑制膜20の膜厚がdであるときに光入出面10aにおいて反射が抑制される光の反射抑制波長域Δλと、光反射抑制膜20の膜厚がdであるときに光入出面10aにおいて反射が抑制される光の反射抑制波長域Δλとのそれぞれが、使用波長域Δλを含むように構成されている。 The light reflection suppression film 20 is a film for suppressing reflection of light in the use wavelength range Δλ 0 on the light input / output surface 10a. The light reflection suppressing film 20 includes a light reflection suppressing wavelength region Δλ 1 in which reflection is suppressed on the light entrance / exit surface 10 a when the film thickness of the light reflection suppressing film 20 is d 0 , and a film thickness of the light reflection suppressing film 20. Each of the reflection suppression wavelength regions Δλ 2 of which reflection is suppressed at the light entrance / exit surface 10 a when d 1 is d 1 is configured to include the use wavelength region Δλ 0 .

具体的には、本実施形態では、反射抑制波長域Δλの最大波長λmax1にd/dを乗じて得られる値が使用波長域Δλの最大波長λmax0以上であり、反射抑制波長域Δλの最小波長λmin1が使用波長域Δλの最小波長λmin0以下となるように、光反射抑制膜20が構成されている。 Specifically, in this embodiment, the value obtained by multiplying the maximum wavelength λ max1 of the reflection suppression wavelength region Δλ 1 by d 1 / d 0 is equal to or greater than the maximum wavelength λ max0 of the use wavelength region Δλ 0 , and the reflection suppression is performed. as minimum wavelength lambda min1 wavelength range [Delta] [lambda] 1 is equal to or less than the minimum wavelength lambda min0 used wavelength range [Delta] [lambda] 0, the light reflection suppression film 20 is formed.

従って、上記説明のように、使用波長域Δλにおける光の反射を抑制し、光透過率を高めることができる。 Therefore, as described above, it is possible to suppress the reflection of light in the used wavelength range Δλ 0 and increase the light transmittance.

なお、光反射抑制膜20の構成は、上記条件を満たす限りにおいて適宜選択可能である。光反射抑制膜20は、例えば単一膜により構成されていてもよいし、多層膜により構成されていてもよい。また、光反射抑制膜20の材質も特に限定されず、例えば、TiO、Nb、SiO等の酸化物やCaF等のフッ化物により構成することができる。典型的には、光反射抑制膜20は、低屈折率膜と高屈折率膜とが交互に積層された積層膜により形成することができる。 In addition, the structure of the light reflection suppression film | membrane 20 can be suitably selected as long as the said conditions are satisfy | filled. The light reflection suppressing film 20 may be constituted by a single film, for example, or may be constituted by a multilayer film. The material of the light reflection suppression film 20 is not particularly limited, for example, can be constituted by TiO 2, Nb 2 O 5, an oxide such as SiO 2 or CaF 2 and the like fluoride. Typically, the light reflection suppressing film 20 can be formed of a laminated film in which low refractive index films and high refractive index films are alternately laminated.

また、光反射抑制膜20は、例えば、使用波長域Δλの最小波長λmin0以下の微小突起または凹部が多数形成されており、見かけ上の屈折率が厚み方向において徐変する構造体により構成されていてもよい。 In addition, the light reflection suppressing film 20 is formed of a structure in which a large number of minute protrusions or recesses having a minimum wavelength λ min0 or less in the use wavelength range Δλ 0 are formed, and the apparent refractive index gradually changes in the thickness direction. May be.

(実験例)
上述の通り、本発明者は、鋭意研究の結果、複数の段差を有する光入出面上に光反射抑制膜を形成しても十分な光反射抑制効果が得られない場合があることを見出した。ここでは、その際に行った実験について説明する。
(Experimental example)
As described above, as a result of earnest research, the present inventor has found that even if a light reflection suppressing film is formed on a light incident / exit surface having a plurality of steps, a sufficient light reflection suppressing effect may not be obtained. . Here, the experiment conducted at that time will be described.

まず、下記の条件のフレネルレンズと、平板状のガラス基板を用意した。そして、それらフレネルレンズ及びガラス基板のそれぞれについて、透過率を測定した。   First, a Fresnel lens under the following conditions and a flat glass substrate were prepared. And the transmittance | permeability was measured about each of these Fresnel lenses and a glass substrate.

その後、フレネルレンズのフレネルレンズ面と、平板状のガラス基板の一方の表面とに、同一の条件で光反射抑制膜を形成した。形成した光反射抑制膜は、平板状のガラス基板の上に形成した場合に約400nm〜700nmにおいて光反射率を低減できると推測されるものとした。具体的には、素子本体側から、Nb膜(膜厚:13.4nm)と、SiO膜(膜厚:93.6nm)との積層膜がガラス基板の表面に形成される条件で光反射抑制膜を形成した。そして、光反射抑制膜を形成したフレネルレンズ及びガラス基板のそれぞれについても、透過率を測定した。結果を図6に示す。 Thereafter, a light reflection suppressing film was formed under the same conditions on the Fresnel lens surface of the Fresnel lens and one surface of the flat glass substrate. The formed light reflection suppressing film was assumed to be able to reduce the light reflectance at about 400 nm to 700 nm when formed on a flat glass substrate. Specifically, a condition that a laminated film of an Nb 2 O 5 film (film thickness: 13.4 nm) and an SiO 2 film (film thickness: 93.6 nm) is formed on the surface of the glass substrate from the element body side. Then, a light reflection suppressing film was formed. And the transmittance | permeability was measured also about each of the Fresnel lens and glass substrate which formed the light reflection suppression film | membrane. The results are shown in FIG.

(フレネルレンズ)
フレネルレンズの平面形状:矩形状
フレネルレンズの寸法:有効半径350mm
フレネルレンズの材質:ポリエチレンテレフタレート(PET)
フレネルレンズの最大厚み:0.4mm
フレネルレンズのピッチ:31.8μm
フレネルレンズの焦点距離:643mm
(Fresnel lens)
Fresnel lens planar shape: rectangular shape Fresnel lens dimension: effective radius 350 mm
Fresnel lens material: Polyethylene terephthalate (PET)
Maximum thickness of Fresnel lens: 0.4mm
Fresnel lens pitch: 31.8 μm
Focal length of Fresnel lens: 643mm

図6に示すように、ガラス基板に光反射抑制膜を形成することにより、推測通り、約400nm〜700nmの波長域における透過率を向上することができた。この結果から、ガラス基板に光反射抑制膜を形成することにより、推測通り、約400nm〜700nmの波長域における光の反射を低減できることが分かる。   As shown in FIG. 6, by forming the light reflection suppressing film on the glass substrate, it was possible to improve the transmittance in a wavelength range of about 400 nm to 700 nm as estimated. From this result, it can be seen that the reflection of light in the wavelength region of about 400 nm to 700 nm can be reduced as expected by forming the light reflection suppressing film on the glass substrate.

一方、フレネルレンズに光反射抑制膜を形成した場合は、フレネルレンズに光反射抑制膜を形成しない場合と実質的に同様の光透過率となった。この結果から、平板状のガラス基板に光反射抑制膜を形成する場合と同様の設計手法により設計した光反射抑制膜をフレネルレンズ上に形成しても、実際には、光の反射を抑制できないことが分かった。   On the other hand, when the light reflection suppression film was formed on the Fresnel lens, the light transmittance was substantially the same as when the light reflection suppression film was not formed on the Fresnel lens. From this result, even if the light reflection suppression film designed by the same design method as the case of forming the light reflection suppression film on the flat glass substrate is formed on the Fresnel lens, the reflection of light cannot actually be suppressed. I understood that.

(実施例1)
本実験例1では、750nmの波長の光に対して使用されるフレネルレンズの設計、作製及び評価を行った。
Example 1
In Experimental Example 1, a Fresnel lens used for light having a wavelength of 750 nm was designed, manufactured, and evaluated.

まず、上記実験例において使用したフレネルレンズのフレネルレンズ面上に光反射抑制膜20を形成した場合の膜厚比(d/d)をシミュレーションにより求めた。シミュレーションにおいては、ターゲットから飛散する粒子の拡散が余弦則に従うと仮定し、フレネルレンズ面の形状と、フレネルレンズ面とターゲットとの距離から、フレネルレンズ面の各部分に対してターゲットのどの領域から粒子が飛散するかを計算した。そして、フレネルレンズ面の光軸上に粒子を飛散させるターゲットの面積と、フレネルレンズ面の光軸から最も離れた部分に粒子を飛散させるターゲットの面積から、膜厚比(d/d)を計算した。その結果、本実験例では、膜厚比(d/d)は、0.3と算出された。 First, the film thickness ratio (d 1 / d 0 ) when the light reflection suppression film 20 was formed on the Fresnel lens surface of the Fresnel lens used in the above experimental example was obtained by simulation. In the simulation, it is assumed that the diffusion of particles scattered from the target follows the cosine law. From the shape of the Fresnel lens surface and the distance between the Fresnel lens surface and the target, from which region of the target to each part of the Fresnel lens surface It was calculated whether the particles were scattered. Then, the film thickness ratio (d 1 / d 0 ) is calculated from the area of the target that scatters particles on the optical axis of the Fresnel lens surface and the area of the target that scatters particles farthest from the optical axis of the Fresnel lens surface. Was calculated. As a result, in this experimental example, the film thickness ratio (d 1 / d 0 ) was calculated to be 0.3.

このため、使用波長:750nmを膜厚比(d/d):0.3で除算して得られる値は、2500nmとなる。従って、光反射抑制膜の膜厚がdであるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλを750nm〜2500nmとすることにより、波長域Δλに750nmが含まれるようにすることができることとなる。この結果に基づいて、光反射抑制膜の設計を、公知の設計手法を用いて行った。その結果、下記の表1に示す構成の光反射抑制膜を形成することにより、波長域Δλを750nm〜2500nmとすることができるものと計算された。 For this reason, the value obtained by dividing the used wavelength: 750 nm by the film thickness ratio (d 1 / d 0 ): 0.3 is 2500 nm. Therefore, by setting the wavelength region Δλ 1 of light whose reflection is suppressed at the light entrance / exit surface when the film thickness of the light reflection suppressing film is d 0 to 750 nm to 2500 nm, the wavelength region Δλ 2 seems to include 750 nm. Will be able to. Based on this result, the light reflection suppression film was designed using a known design method. As a result, it was calculated that the wavelength region Δλ 1 can be set to 750 nm to 2500 nm by forming a light reflection suppressing film having the configuration shown in Table 1 below.

次に、波長域Δλと波長域Δλとのそれぞれが、使用波長750nmを含んでいることを確認した。具体的には、フレネルレンズと同一素材のガラス板上に表1に示す構成の光反射抑制膜を形成したときの光反射率を得た。その結果を、図8に示す。また、フレネルレンズと同一素材のガラス板上に、表1に示す膜厚に(d/d)=0.3を乗じた膜厚の光反射抑制膜を形成したときの光反射率を得た。その結果を、図9に示す。 Next, it was confirmed that each of the wavelength region Δλ 1 and the wavelength region Δλ 2 includes a use wavelength of 750 nm. Specifically, the light reflectance was obtained when the light reflection suppressing film having the structure shown in Table 1 was formed on a glass plate made of the same material as the Fresnel lens. The result is shown in FIG. The light reflectance when a light reflection suppressing film having a film thickness obtained by multiplying the film thickness shown in Table 1 by (d 1 / d 0 ) = 0.3 on a glass plate made of the same material as the Fresnel lens is shown. Obtained. The result is shown in FIG.

図8に示す結果から、本実施例において、Δλは、590nm〜2510nmであり、Δλに使用波長750nmが含まれていることが分かる。 From the results shown in FIG. 8, in this embodiment, [Delta] [lambda] 1 is 590Nm~2510nm, it can be seen that include the use wavelength 750nm to [Delta] [lambda] 1.

また、図9から、本実施例において、Δλには、少なくとも使用波長750nmが含まれていることが分かる。 Further, from FIG. 9, it can be seen that Δλ 2 includes at least a use wavelength of 750 nm in the present embodiment.

Figure 2011095310
Figure 2011095310

次に、上記表1に示す構成の光反射抑制膜を上記フレネルレンズのフレネルレンズ面上に、スパッタリング法により形成した。その後、フレネルレンズの透過率を測定した。その結果を、フレネルレンズ単体の透過率データと共に図7に示す。   Next, a light reflection suppressing film having the configuration shown in Table 1 was formed on the Fresnel lens surface of the Fresnel lens by a sputtering method. Thereafter, the transmittance of the Fresnel lens was measured. The result is shown in FIG. 7 together with the transmittance data of the Fresnel lens alone.

図7に示すように、本実験例1では、光反射抑制膜を形成することにより、750nmにおける透過率のみならず、約370nm以上の広い波長域で光透過率が上昇した。   As shown in FIG. 7, in Experimental Example 1, by forming the light reflection suppressing film, not only the transmittance at 750 nm but also the light transmittance increased in a wide wavelength region of about 370 nm or more.

(実施例2)
本実施例2では、使用波長を405nmにおいて、光反射抑制膜の膜厚がdであるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλが405nm〜1350(=405nm/0.3)nmとなる光反射抑制膜を設計した。下記の表2に本実施例2における光反射抑制膜の膜構成を示す。
(Example 2)
In Example 2, when the wavelength used is 405 nm and the film thickness of the light reflection suppressing film is d 0 , the wavelength range Δλ 1 of light whose reflection is suppressed on the light incident / exit surface is 405 nm to 1350 (= 405 nm / 0). .3) A light reflection suppressing film having a thickness of nm was designed. Table 2 below shows the film configuration of the light reflection suppressing film in Example 2.

次に、波長域Δλと波長域Δλとのそれぞれが、使用波長405nmを含んでいることを確認した。具体的には、フレネルレンズと同一素材のガラス板上に表2に示す構成の光反射抑制膜を形成したときの光反射率を得た。その結果を、図12に示す。また、フレネルレンズと同一素材のガラス板上に、表2に示す膜厚に(d/d)=0.3を乗じた膜厚の光反射抑制膜を形成したときの光反射率を得た。その結果を、図13に示す。 Next, it was confirmed that each of the wavelength region Δλ 1 and the wavelength region Δλ 2 includes a use wavelength of 405 nm. Specifically, the light reflectance was obtained when the light reflection suppressing film having the structure shown in Table 2 was formed on a glass plate made of the same material as the Fresnel lens. The result is shown in FIG. The light reflectance when a light reflection suppressing film having a film thickness obtained by multiplying the film thickness shown in Table 2 by (d 1 / d 0 ) = 0.3 on a glass plate made of the same material as the Fresnel lens is shown. Obtained. The result is shown in FIG.

図12に示す結果から、本実施例において、Δλは、400nm〜1430nmであり、Δλに使用波長405nmが含まれていることが分かる。 From the results shown in FIG. 12, in this embodiment, [Delta] [lambda] 1 is 400Nm~1430nm, it can be seen that include the use wavelength 405nm to [Delta] [lambda] 1.

また、図13から、本実施例において、Δλには、少なくとも使用波長405nmが含まれていることが分かる。 From FIG. 13, it can be seen that Δλ 2 includes at least a use wavelength of 405 nm in this embodiment.

次に、下記の表2に示す光反射抑制膜を、上記実施例1と同様にしてフレネルレンズ面上に形成した場合のフレネルレンズの透過率を得た。その結果を、フレネルレンズ単体の透過率データと共に図10及び図11に示す。   Next, the transmittance of the Fresnel lens when the light reflection suppression film shown in Table 2 below was formed on the Fresnel lens surface in the same manner as in Example 1 was obtained. The results are shown in FIGS. 10 and 11 together with the transmittance data of the Fresnel lens alone.

図10に示すように、本実施例2においても、光反射抑制膜を形成することにより、使用波長帯域405nmにおける透過率が上昇した。   As shown in FIG. 10, also in the present Example 2, the transmittance in the used wavelength band of 405 nm was increased by forming the light reflection suppressing film.

また、図11に示すように、光反射抑制膜を形成した本実施例2では、フレネルレンズの全体において、波長405nmの光の透過率が向上していることが分かる。   Further, as shown in FIG. 11, in Example 2 in which the light reflection suppressing film is formed, it is understood that the transmittance of light having a wavelength of 405 nm is improved in the entire Fresnel lens.

Figure 2011095310
Figure 2011095310

(実施例3)
本実施例3では、上記実施例2と同様に、光反射抑制膜の膜厚がdであるときに光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλが405nm〜1350nmとなる、上記実施例2とは異なる構成の光反射抑制膜を設計した。下記の表3に本実施例3における光反射抑制膜の膜構成を示す。
(Example 3)
In the third embodiment, similarly to the second embodiment, when the film thickness of the light reflection suppressing film is d 0 , the wavelength range Δλ 1 of light in which reflection is suppressed on the light incident / exit surface is 405 nm to 1350 nm. A light reflection suppressing film having a configuration different from that of Example 2 was designed. Table 3 below shows the film configuration of the light reflection suppressing film in Example 3.

次に、波長域Δλと波長域Δλとのそれぞれが、使用波長405nmを含んでいることを確認した。具体的には、フレネルレンズと同一素材のガラス板上に表3に示す構成の光反射抑制膜を形成したときの光反射率を得た。その結果を、図16に示す。また、フレネルレンズと同一素材のガラス板上に、表3に示す膜厚に(d/d)=0.3を乗じた膜厚の光反射抑制膜を形成したときの光反射率を得た。その結果を、図17に示す。 Next, it was confirmed that each of the wavelength region Δλ 1 and the wavelength region Δλ 2 includes a use wavelength of 405 nm. Specifically, the light reflectance was obtained when the light reflection suppressing film having the structure shown in Table 3 was formed on a glass plate made of the same material as the Fresnel lens. The result is shown in FIG. Further, the light reflectance when a light reflection suppressing film having a film thickness obtained by multiplying the film thickness shown in Table 3 by (d 1 / d 0 ) = 0.3 on a glass plate made of the same material as the Fresnel lens is shown. Obtained. The result is shown in FIG.

図16に示す結果から、本実施例において、Δλは、400nm〜1430nmであり、Δλに使用波長405nmが含まれていることが分かる。 From the results shown in FIG. 16, in this example, Δλ 1 is 400 nm to 1430 nm, and Δλ 1 includes the use wavelength of 405 nm.

また、図17から、本実施例において、Δλには、少なくとも使用波長405nmが含まれていることが分かる。 FIG. 17 also shows that Δλ 2 includes at least a use wavelength of 405 nm in the present embodiment.

次に、下記の表3に示す光反射抑制膜を、上記実施例2と同様にしてフレネルレンズ面上に形成した場合のフレネルレンズの透過率を得た。その結果を、フレネルレンズ単体の透過率データと共に図14及び図15に示す。   Next, the transmittance of the Fresnel lens when the light reflection suppressing film shown in Table 3 below was formed on the Fresnel lens surface in the same manner as in Example 2 was obtained. The results are shown in FIGS. 14 and 15 together with the transmittance data of the Fresnel lens alone.

図14に示すように、本実施例2においても、光反射抑制膜を形成することにより、使用波長帯域405nmにおける透過率が上昇した。   As shown in FIG. 14, also in Example 2, the transmittance in the used wavelength band of 405 nm was increased by forming the light reflection suppressing film.

また、図15に示すように、光反射抑制膜を形成した本実施例3では、フレネルレンズの全体において、波長405nmの光の透過率が向上していることが分かる。   Further, as shown in FIG. 15, in Example 3 in which the light reflection suppressing film is formed, it is understood that the transmittance of light having a wavelength of 405 nm is improved in the entire Fresnel lens.

Figure 2011095310
Figure 2011095310

これら実施例1〜3の結果から、本発明に従って設計された光反射抑制膜を用いることにより、光入出面における光の反射を効果的に抑制でき、高い透過率が得られることが分かる。   From the results of Examples 1 to 3, it can be seen that by using the light reflection suppressing film designed according to the present invention, the reflection of light on the light entrance / exit surface can be effectively suppressed and a high transmittance can be obtained.

1…光学素子
10…素子本体
10a、10b…光入出面
10a1…光入出面部
10a2…光非透過面部
20…光反射抑制膜
20a…光反射抑制膜の最も膜厚が大きな部分
20b…光反射抑制膜の最も膜厚が小さな部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical element 10 ... Element main body 10a, 10b ... Light entrance / exit surface 10a1 ... Light entrance / exit surface part 10a2 ... Light non-transmission surface part 20 ... Light reflection suppression film 20a ... Light reflection suppression film part 20b with the largest film thickness ... Light reflection suppression The smallest part of the film

Claims (7)

一対の光入出面を有する素子本体と、
前記光入出面における光の反射を抑制する光反射抑制膜とを備え、
使用波長域Δλの光に対して使用される光学素子であって、
前記光反射抑制膜が形成されている光入出面は、光軸を中心として配列されており、前記光軸に対する角度が相互に異なり、かつ不連続に設けられている複数の光入出面部を含み、
前記光反射抑制膜は、前記複数の光入出面部の上に形成されており、
前記光入出面部の法線方向において、前記光反射抑制膜の膜厚が最大となる部分の前記光反射抑制膜の膜厚をd、前記光入出面部の法線方向において、前記光反射抑制膜の膜厚が最小となる部分の前記光反射抑制膜の膜厚をdとしたときに、
前記光反射抑制膜の膜厚がdであるときに前記光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλと、前記光反射抑制膜の膜厚がdであるときに前記光入出面において反射が抑制される光の波長域Δλとのそれぞれが、前記使用波長域Δλを含むように、前記光反射抑制膜が構成されている光学素子。
An element body having a pair of light entrance and exit surfaces;
A light reflection suppressing film that suppresses reflection of light on the light incident / exit surface;
An optical element used for light having a used wavelength range of Δλ 0 ,
The light entrance / exit surface on which the light reflection suppressing film is formed is arranged around the optical axis, and includes a plurality of light entrance / exit portions that are discontinuously provided with different angles with respect to the optical axis. ,
The light reflection suppressing film is formed on the plurality of light entrance / exit surfaces.
In the normal direction of the light incident / exit surface portion, the thickness of the light reflection suppression film at the portion where the film thickness of the light reflection suppression film is maximum is d 0 , and in the normal direction of the light incident / exit surface portion, the light reflection suppression the thickness of the light reflection suppression film in a portion where the thickness of the film is minimized when the d 1,
When the film thickness of the light reflection suppression film is d 0 , the wavelength region Δλ 1 of light whose reflection is suppressed at the light entrance / exit surface, and the light when the film thickness of the light reflection suppression film is d 1 An optical element in which the light reflection suppression film is configured such that each of the light wavelength ranges Δλ 2 of which reflection is suppressed on the entrance / exit surface includes the use wavelength range Δλ 0 .
前記波長域Δλの最大波長λmax1にd/dを乗じて得られる値が前記使用波長域Δλの最大波長λmax0以上であり、前記波長域Δλの最小波長λmin1が前記使用波長域Δλの最小波長λmin0以下となるように、前記光反射抑制膜が構成されている請求項1に記載の光学素子。 A value obtained by multiplying the maximum wavelength λ max1 of the wavelength range Δλ 1 by d 1 / d 0 is not less than the maximum wavelength λ max0 of the use wavelength range Δλ 0 , and the minimum wavelength λ min1 of the wavelength range Δλ 1 is 2. The optical element according to claim 1, wherein the light reflection suppression film is configured to be equal to or less than a minimum wavelength λ min0 of a usable wavelength range Δλ 0 . 前記膜厚dは、前記複数の光入出面部のうちの前記光軸に最も近くに位置する部分の上における前記光反射抑制膜の膜厚であり、
前記膜厚dは、前記複数の光入出面部のうちの前記光軸に最も遠くに位置する部分の上における前記光反射抑制膜の膜厚である請求項1または2に記載の光学素子。
The film thickness d 0 is a film thickness of the light reflection suppressing film on a portion of the plurality of light entrance / exit surfaces that is closest to the optical axis,
3. The optical element according to claim 1 , wherein the film thickness d 1 is a film thickness of the light reflection suppressing film on a portion of the plurality of light entrance / exit surfaces that is farthest from the optical axis.
前記光反射抑制膜は、多層膜である請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the light reflection suppressing film is a multilayer film. 前記光反射抑制膜が形成されている光入出面は、フレネルレンズ面である請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the light incident / exit surface on which the light reflection suppressing film is formed is a Fresnel lens surface. 前記光反射抑制膜が形成されている光入出面は、隣接する前記光入出面部の間に位置しており、前記光軸と平行に配置されている光非透過面部を有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学素子。   The light incident / exit surface on which the light reflection suppressing film is formed is located between the adjacent light incident / exit surfaces, and has a light non-transmitting surface portion arranged in parallel with the optical axis. The optical element as described in any one of these. 前記光反射抑制膜は、スパッタリング法または蒸着法により形成された膜である請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the light reflection suppressing film is a film formed by a sputtering method or a vapor deposition method.
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