JP5402929B2 - 光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子に関する。詳しくは、凸部または凹部からなる構造体が表面に可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置されてなる光学素子に関する。

従来、ガラス、プラスチックなどの透光性基板を用いた光学素子においては、光の表面反射を抑えるための表面処理が行われているものがある。この種の表面処理として、光学素子表面に微細かつ緻密な凹凸（モスアイ；蛾の目）を形成するものがある（例えば「光技術コンタクト」Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１１（２００５），６３０−６３７参照）。
一般に、光学素子表面に周期的な凹凸形状を設けた場合、ここを光が透過するときには回折が発生し、透過光の直進成分が大幅に減少する。しかし、凹凸形状のピッチが透過する光の波長よりも短い場合には回折は発生せず、そのピッチや深さなどに対応する単一波長の光に対して有効な反射防止効果を得ることができる。
電子線露光を用いて作製したモスアイ構造体としては、微細なテント形状のモスアイ構造体（ピッチ約３００ｎｍ、深さ約４００ｎｍ）が開示されている（例えばＮＴＴアドバンストテクノロジ（株）、″波長依存性のない反射防止体（モスアイ）用成形金型原盤″、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２０年２月２７日検索］、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｋｅｙｔｅｃｈ．ｎｔｔ−ａｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｎａｎｏ／ｐｒｄ＿００３３．ｈｔｍｌ＞参照）。このモスアイ構造体は、例えば以下のようにして作製されると考えられる。
まず、Ｓｉ基板上のフォトレジストに電子線記録により凹凸パターンを形成し、凹凸フォトレジストパターンをマスクにし、Ｓｉ基板をエッチングする。これにより、テント状を有する微細なサブ波長構造体（ピッチ：約３００ｎｍ、深さ：約４００ｎｍ）が基板表面に形成され、Ｓｉ原盤が作製される（第１図Ａ参照）。この微細な構造体は、正方格子状または六方格子状に設けられる。
上述のようにして作製したＳｉ原盤では、広い波長域を有する光に対して反射防止効果を得ることができる。特に、第１図Ｂに示すように、テント状を有する微細なサブ波長構造体を六方格子状に設けた場合、可視光域において高性能な反射防止効果（反射率１％以下）を得ることができる（第２図参照）。なお、第２図中、ｌ_１、ｌ_２はそれぞれＳｉ原盤の平坦部の反射率、パターン部の反射率を示す。
次に、作製したＳｉ原盤のＮｉめっきスタンパを作製する（第３図参照）。このスタンパの表面には、第４図に示すように、Ｓｉ原盤の凹凸構造とは反対の凹凸構造が形成される。次に、このスタンパを用いて、ポリカーボネートの透明樹脂に凹凸パターンを転写する。これにより、目的とする光学素子（複製基板）が得られる。この光学素子も高性能な反射防止効果（反射率１％以下）を得ることができる（第５図参照）。なお、第５図中、ｌ_３、ｌ_４はそれぞれパターン無しの反射率、パターン有りの反射率を示す。
しかし、電子線露光は作業時間が長いという欠点を有しており、工業的な生産には適さない。上記電子線記録による凹凸パターン形成や露光できる面積は、電子線ビームの電流量とレジストの必要ドーズ量で決まる。例えば、一番細いパターンを描くときに使う１００ｐＡのビームで、カリックスアレーンのような数十ｍＣ／ｃｍ^２のドーズ量を要求するレジストへ描いた場合、２４時間露光しても一辺が２００μｍの正方形を塗りつぶせない。また、１ｍｍ角を露光するために２５日以上かかってしまい、数１００μｍ以下の微小デバイスの露光が限界と考えられる。
一方、それほどビームが太らない２ｎＡのビームで、ＳＡＬ６０１、ＮＥＢ−２２のような１００μＣ／ｃｍ^２程度以下で露光できる化学増幅型レジストへ描いた場合、１時間以下で２ｍｍ角の正方形を描くことができる。なお、必要ドーズ量は基板・現像条件などで変わる。一般的には高解像度には高ドーズ量が向いている。
しかし、この製法でも、小型ディスプレイサイズを露光するには、かなり長い日数が必要で効率的でない欠点がある。例えば、現在、一般的に用いられている小型ディスプレイの携帯電話（２．５インチ；５０．８ｍｍ×３８．１ｍｍ）の面積を露光するには、５０．８×３８．１／（２×２）＝４８３．９時間（約２０日）を要する。
産業技術総合研究所（以下「産総研」）近接場光応用工学研究センター、スーパーレンズテクノロジーチームは、半導体レーザー（波長４０６ｎｍ）を用いた可視光レーザーリソグラフィー法と熱非線形材料を組み合わせた熱リソグラフィー技術をもとにしたナノ加工装置の開発に成功している（例えば独立行政法人産業技術総合研究所、″ナノメータサイズの微細加工を可能とする卓上型装置を開発″、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２０年２月２７日検索］、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ａｉｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ａｉｓｔ＿ｉ／ｐｒｅｓｓ＿ｒｅｌｅａｓｅ／ｐｒ２００６／ｐｒ２００６０３０６／ｐｒ２００６０３０６．ｈｔｍｌ＞参照）。
直径１２ｃｍのディスク基板に高速で記録する技術の開発が進められている。産総研とパルステック工業株式会社は共同で、光ディスクの高速・低コスト・大面積作製技術の特性を生かして、高速に大面積で作製でき、かつ低価格化が可能なナノメータサイズの微細構造光学素子（モスアイ低反射構造）の開発と装置の開発に取り組んでいる。
可視光レーザーリソグラフィー法と熱非線形材料を組み合わせた熱リソグラフィー法とは、光スポット内に生じた温度分布を利用する方法である。光を物質に照射した場合、その物質が光を吸収する性質を持っていると、光のエネルギーは熱に変換される。レンズによって集光された光は基板上でガウス分布を持った光強度分布となり、物質が光を吸収して発熱する熱分布も同様な温度分布になる。
したがって、光を吸収し発熱すると急激に変化する材料を光吸収物質として用いると、光のスポット径以下の微細な描画を実現することが可能となる。この方法でフォトレジスト中の微小な領域に、熱化学反応や物質の熱拡散により物質に体積変化を発生させ、リソグラフィーを行うと、１００ｎｍ以下の解像度や高アスペクト比構造の作製が困難であり、再現性にも難がある。そこで、新たな材料とプロセス技術が見直され、１００ｎｍ以下の高アスペクト比構造物を確実に再現できる熱リソグラフィー技術が開発され、卓上型のナノメータサイズ微細加工装置として完成されている。
このナノメータサイズ微細加工装置は、回転系ステージ、１軸ステージ、およびオートフォーカスユニットで構成され、ナノメータサイズの高速描画が実現されている。また、描画のためのレーザービームおよび集光のための光学系には、波長４０５ｎｍの半導体レーザーと開口数（ＮＡ）：０．８５の対物レンズが用いられ、装置が極めてコンパクトに纏められている。
第６図に、上記構成を有する装置を用いて作製したナノドットパターンを示す。同図の結果は、速さ６ｍ／ｓ（２６００〜３６００ｒｐｍ）で回転させながら青色のパルスレーザー光を照射し描画して得られたものである。また、上記装置はレーザー光を６０ＭＨｚのパルス周波数で駆動し、光ビームスポットの６分の１以下の５０ｎｍのドットパターンを６００万ドット／ｓの速度で作製できる。通常の電子線描画装置などの描画速度が０．２ｍ／ｓ程度なので、上記装置は３０倍も高速でナノメータサイズの微細構造を作製できることになる。また、本手法と半導体プロセスで利用されるドライエッチング技術を融合させて、直径１００ｎｍ、深さ５００ｎｍ以上のナノホール構造物を光ディスクサイズ（直径１２ｃｍ）の基板全面に作製することも可能である。このように、上記装置によって、ナノメータサイズの微細パターンを持つナノインプリント用の鋳型を大面積でかつ高速に安価に作製することが可能になっている。
また、第７図は、直径１２ｃｍのＳｉＯ_２ディスク基板に光反射防止機能を有する微細構造を作製し、光の反射率を低減させた例である。光反射防止ナノ構造を高速・大面積・安価で作製することができるが、反射率が２％近くあり、無反射構造ではなく低反射構造になっている。
低反射構造になっている原因として、上記ナノホールの密度（開口率）が低く（５０％以下）、ナノホール以外の平面のフレネル反射が大きいためと考えられる。これに対して、第１図Ａおよび第１図Ｂに示すように、テント状のナノ構造を六方格子状に最密充填形成すると、無反射効果が実現される。

上述したように、電子線記録による凹凸パターン形成や露光面積は、電子線ビームの電流量とレジストの必要ドーズ量で決まる。しかし、２ｎＡのビームで１００μＣ／ｃｍ^２程度以下で露光できる化学増幅型レジストを露光した場合でも、２．５インチの面積を露光するためには、約２０日もの時間を要する。すなわち、電子線露光には、小型ディスプレイサイズを露光するにも、かなり長い日数が必要で効率的でない欠点がある。また、たとえ長い時間をかけて作製した反射防止デバイスにおいても、従来の構造体の形状では、反射防止性能の限界がある。
また、半導体レーザー（波長４０６ｎｍ）を用いた可視光レーザーリソグラフィー法と熱非線形材料を組み合わせた熱リソグラフィー技術をもとにした、光ディスクの高速・低コスト・大面積作製技術の特性を生かして、高速に大面積で作製でき、かつ低価格化が可能なナノメータサイズの微細構造光学素子（モスアイ低反射構造）開発は、反射率が２％近くあり、無反射構造ではなく低反射構造である欠点がある。
また、２次元パターンが空間的にリンクするように、Ｆｏｒｍａｔ ＧｅｎｅｒａｔｏｒとＲｏｔａｔｉｏｎ ＆ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒとを同期させ信号を発生し、ＣＡＶで適切な送りピッチでパターニングすることにより完全な六方格子を形成することができるが、格子定数；内周３４０ｎｍ、中周４００ｎｍ、外周４６０ｎｍと変化するため、中周、外周では、格子定数（格子ピッチ）が大きく、可視光が回折してしまい、モスアイ反射防止効果が得られなくなるという欠点がある。
したがって、本発明の目的は、生産性が高く、優れた反射防止特性を有する光学素子を提供することにある。

上述の課題を解決するために、第１の発明は、
基体と、
基体表面に形成された、凸部または凹部である主構造体および副構造体と
を備え、
主構造体は、基体表面において複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返し配列され、
副構造体は、主構造体の大きさよりも小さく、
副構造体は、主構造体間に設けられ、
主構造体が、六方格子状、または準六方格子状に周期的に配置され、
主構造体間が６回対称、またはほぼ６回対称となる方位で隣接し、
隣接する部分に副構造体が設けられ、該副構造体により主構造体間が接続され、
副構造体が、基体および主構造体より屈折率の低い材料を主成分とする光学素子である。
第２の発明は、
基体と、
基体表面に形成された、凸部である主構造体および副構造体と
を備え、
主構造体は、基体表面において複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返し配列され、
副構造体は、主構造体の大きさよりも小さく、
副構造体は、主構造体間に設けられ、
主構造体が、六方格子状、または準六方格子状に周期的に配置され、
主構造体間が６回対称、またはほぼ６回対称となる方位で隣接し、
隣接する部分に副構造体が設けられ、該副構造体により主構造体間が接続され、
副構造体は、主構造体の頂部に形成された穴部である光学素子。
第３の発明は、
基体と、
基体表面に形成された、凸部または凹部である主構造体および副構造体と
を備え、
主構造体は、基体表面において複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返し配列され、
副構造体は、主構造体の大きさよりも小さく、
副構造体が、主構造体の表面に形成され、
副構造体が、基体および主構造体より屈折率の低い材料を主成分とする光学素子。
第４の発明は、
基体と、
基体表面に形成された、凸部である主構造体および副構造体と
を備え、
主構造体は、基体表面において複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返し配列され、
副構造体は、主構造体の大きさよりも小さく、
副構造体が、主構造体の表面に形成され、
副構造体は、主構造体の頂部に形成された穴部である光学素子。
第５の発明は、
基体と、
基体表面に形成された、凸部または凹部である主構造体および副構造体と
を備え、
主構造体は、基体表面において複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返し配列され、
副構造体は、主構造体の大きさよりも小さく、
副構造体は、主構造体間に設けられ、
主構造体が、四方格子状、または準四方格子状に周期的に配置され、
主構造体間が４回対称、またはほぼ４回対称となる方位で隣接し、
隣接する部分に副構造体が設けられ、該副構造体により主構造体間が接続され、
副構造体が、基体および主構造体より屈折率の低い材料を主成分とする光学素子。
第６の発明は、
基体と、
基体表面に形成された、凸部である主構造体および副構造体と
を備え、
主構造体は、基体表面において複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返し配列され、
副構造体は、主構造体の大きさよりも小さく、
副構造体は、主構造体間に設けられ、
主構造体が、四方格子状、または準四方格子状に周期的に配置され、
主構造体間が４回対称、またはほぼ４回対称となる方位で隣接し、
隣接する部分に副構造体が設けられ、該副構造体により主構造体間が接続され、
副構造体は、主構造体の頂部に形成された穴部である光学素子。
このとき、主構造体の構造間を、微細な突出形状である副構造体によって接続するように形成することが好ましい。ここで、主構造体は、六方格子状または準六方格子状、もしくは四方格子状または準四方格子状に配置され、この格子配置において主構造体の隣接する部分が副構造体によって接続されることが好ましい。
また、主構造体の配置周期よりも高い空間的な周波数成分を持つ副構造体を形成することが好ましい。この場合、副構造体の周波数成分は主構造体の周波数成分よりも２倍以上とすることが好ましく、さらに好ましくは４倍以上とする。また、このとき、副構造体の周波数成分は、主構造体の周波数の整数次倍とならないように選択することが好ましい。副構造体を配置する際に、主構造体間に空隙が生まれる場合は、その空隙を埋めるような形で、副構造体の形成を行うことが好ましい。また、主構造体の表面に副構造体を設けてもよい。このとき、副構造体の深さは１０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度であることが好ましい。
また、基体および主構造体より屈折率の低い材料によって副構造体を形成することが好ましい。この場合、副構造体を主構造体の空隙部や表面に形成することが好ましい。
本発明において、主構造体を四方格子状または準四方格子状に周期的に配置することが好ましい。ここで、四方格子とは、正四角形状の格子のことをいう。準四方格子とは、正四角形状の格子とは異なり、歪んだ正四角形状の格子のことをいう。
例えば、主構造体が直線上に配置されている場合には、準四方格子とは、正四角形状の格子を直線状の配列方向（トラック方向）に引き伸ばして歪ませた四方格子のことをいう。主構造体が円弧状に配列されている場合には、準四方格子とは、正四角形状の格子を円弧状に歪ませた四方格子をいう。または、正四角形状の格子を直線状の配列方向（トラック方向）に引き伸ばして歪ませ、かつ、円弧状に歪ませた四方格子のことをいう。
本発明において、主構造体を六方格子状または準六方格子状に周期的に配置することが好ましい。ここで、六方格子とは、正六角形状の格子のことをいう。準六方格子とは、正六角形状の格子とは異なり、歪んだ正六角形状の格子のことをいう。
例えば、主構造体が直線上に配置されている場合には、準六方格子とは、正六角形状の格子を直線状の配列方向（トラック方向）に引き伸ばして歪ませた六方格子のことをいう。主構造体が円弧状に配列されている場合には、準六方格子とは、正六角形状の格子を円弧状に歪ませた六方格子をいう。または、正六角形状の格子を直線状の配列方向（トラック方向）に引き伸ばして歪ませ、かつ、円弧状に歪ませた六方格子のことをいう。
本発明において、主構造体の底面形状は、楕円形状、または円形状であることが好ましい。ここで、楕円には、数学的に定義される完全な楕円のみならず、多少の歪みが付与された楕円（長円や卵形など）も含まれる。円には、数学的に定義される完全な円（真円）のみならず、多少の歪みが付与された円も含まれる。
本発明において、６回対称となる方位とは、６０°×ｎ（但し、ｎ＝１〜６の整数）の方位のことを意味する。また、ほぼ６回対称となる方位とは、（６０°×ｎ）±δ（但し、ｎ＝１〜６の整数、δは、０°＜δ≦１１°、好ましくは３°≦δ≦６°）の方位を意味する。
本発明において、４回対称となる方位とは、９０°×ｎ（但し、ｎ＝１〜４の整数）の方位のことを意味する。また、ほぼ４回対称となる方位とは、（９０°×ｎ）°±δ（但し、ｎ＝１〜４の整数、δは、０°＜δ≦１１°）の方位を意味する。
本発明では、複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返されるように主構造体を基体表面に配列するとともに、主構造体の大きさよりも小さい副構造体を基体表面に形成しているので、従来よりも高性能な反射防止特性をもった光学素子を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、生産性が高く、優れた反射防止特性を有する光学素子を実現できる。

第１図Ａ、第１図Ｂは、従来のＳｉ原盤の構成を示す写真図である。
第２図は、従来のＳｉ原盤の反射率の波長依存性を示すグラフである。
第３図は、従来のＳｉ原盤のＮｉめっきスタンパの構成を示す概略図である。
第４図は、第３図に示したＮｉめっきスタンパを拡大して示す写真である。
第５図は、従来の光学素子の反射率の波長依存性を示すグラフである。
第６図は、従来の装置を用いて作製したナノドットパターンを示す写真である。
第７図は、直径１２ｃｍのＳｉＯ_２ディスク基板に光反射防止機能を有する微細構造を作製し、光の反射率を低減させた例を示すグラフである。
第８図Ａは、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図、第８図Ｂは、第８図Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図、第８図Ｃは、第８図ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図、第８図Ｄは、第８図ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。
第９図は、第８図Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す斜視図である。
第１０図Ａ、第１０図Ｂは、主構造体の配置の一例を示す概略図である。
第１１図Ａは、ロールマスタの構成の一例を示す斜視図、第１１図Ｂは、第１１図Ａに示したロールマスタの一部を拡大して表す平面図である。
第１２図は、露光装置の構成の一例を示す概略図である。
第１３図Ａ〜第１３図Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。
第１４図Ａ〜第１４図Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。
第１５図Ａは、本発明の第２の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図、第１５図Ｂは、第１５図Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図、第１５図Ｃは、第１５図ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図、第１５図Ｄは、第１５図ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。
第１６図Ａは、ディスクマスタの構成の一例を示す斜視図、第１６図Ｂは、第１６図Ａに示したディスクマスタの一部を拡大して表す平面図である。
第１７図は、露光装置の構成の一例を示す概略図である。
第１８図Ａは、本発明の第３の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図、第１８図Ｂは、第１８図Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図、第１８図Ｃは、第１８図ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図、第１８図Ｄは、第１８図ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。
第１９図Ａは、本発明の第４の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図、第１９図Ｂは、第１９図Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図、第１９図Ｃは、第１９図ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図、第１９図Ｄは、第１９図ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。
第２０図Ａは、本発明の第５の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図、第２０図Ｂは、第２０図Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図、第２０図Ｃは、第２０図ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図、第２０図Ｄは、第２０図ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。
第２１図は、実施例１の光学素子のＳＥＭ写真である。
第２２図は、実施例３の光学素子の反射特性を示すグラフである。
第２３図は、実施例２の光学素子のＳＥＭ写真である。
第２４図Ａ、第２４図Ｂは、実施例４の光学素子のＳＥＭ写真である。
第２５図は、実施例５の光学素子のＳＥＭ写真である。
第２６図Ａは、実施例５の光学素子のＡＦＭ像、第２６図Ｂは、第２６図Ａに示したＡＦＭ像の断面プロファイルを示す。
第２７図は、試験例１のシミュレーション結果を示すグラフである。
第２８図は、試験例２のシミュレーション結果を示すグラフである。
第２９図は、試験例３シミュレーション結果を示すグラフである。
第３０図は、試験例４のシミュレーション結果を示すグラフである。
第３１図は、試験例５のシミュレーション結果を示すグラフである。

１ 光学素子
２ 基体
２ａ 空隙部
３ 構造体
４ 副構造体
４ａ 凹凸部
５ 低屈折率層
６ 微細凹凸形状

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
（１）第１の実施形態
（１−１）光学素子の構成
第８図Ａは、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。第８図Ｂは、第８図Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。第８図Ｃは、第８図ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図である。第８図Ｄは、第８図ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。
この光学素子１は、ディスプレイ、光エレクトロニクス、光通信（光ファイバー）、太陽電池、照明装置など種々の光デバイスに適用して好適なものであり、例えば、可視光の波長域を有する光の反射防止に好適な反射防止基板や導光板に適用可能である。また、入射光の入射角に応じた透過率を有する光学フィルタおよびこの光学フィルタを用いたバックライト装置に適用可能である。
光学素子１は、基体２と、この基体２の表面に形成された、凸部である主構造体３および副構造体４とを備える。この光学素子１は、基体２を第８図のＺ方向に透過する光について、主構造体３とその周囲の空気との界面における反射を防止する機能を有している。ここで、可視光の波長以下とは、約４００ｎｍ以下の波長を示す。
以下、光学素子１を構成する基体２、主構造体３、および副構造体４について順次説明する。
（基体）
基体２は、透明性を有する透明基体である。基体２の材料としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの透明性合成樹脂、ガラスなどを主成分とするものが挙げられるが、特にこれらの材料に限定されるものではない。基体２の形状としては、例えば、フィルム状、シート状、プレート状、ブロック状を挙げることができるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。基体２の形状は、ディスプレイ、光エレクトロニクス、光通信、太陽電池、照明装置など所定の反射防止機能が必要とされる各種光学デバイスの本体部分や、これらの光学デバイスに取り付けられるシートまたはフィルム状の反射防止機能部品の形状などに合わせて選択決定することが好ましい。
（主構造体）
主構造体３は、底面が長軸と短軸をもつ楕円形、長円形または卵型の錐体構造で、頂部が曲面である楕円錐形状、もしくは、底面が長軸と短軸をもつ楕円形、長円形または卵型の錐体構造で、頂部が平坦である楕円錐台形状であることが好ましい。このような形状にする場合、主構造体３の底面の長軸方向がトラックの延在方向（Ｘ方向）となるように、主構造体３を基体表面に形成することが好ましい。なお、本明細書中において、トラックの延在方向をトラック方向と適宜称する場合もある。
主構造体３は、例えば、基体２の表面に凸部である主構造体３が可視光の波長と同程度のピッチで周期的に多数配置されている。光学素子１の主構造体３は、基体２の表面において複数列のトラックＴ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・（以下総称して「トラックＴ」ともいう。）をなすような配置形態を有する。ここで、トラックとは、主構造体３が列をなして直線状に連なった部分のことをいう。また、列方向とは、基体２の成形面において、トラックの延在方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）のことをいう。
本明細書において、配置ピッチＰ１、配置ピッチＰ２、および配置ピッチＰ３は以下のピッチを意味する。
配置ピッチＰ１：トラックの延在方向（Ｘ方向）に配列された主構造体３の配置ピッチ
配置ピッチＰ２：トラックの延在方向に対して±θ方向に配列された主構造体３の配置ピッチ
配置ピッチＰ３：トラックの配置ピッチ
主構造体３は、隣接する２つのトラックＴ間において、半ピッチずれた位置に配置されている。具体的には、隣接する２つのトラックＴ間において、一方のトラック（例えばＴ１）に配列された主構造体３の中間位置（半ピッチずれた位置）に、他方のトラック（例えばＴ２）の主構造体３が配置されている。その結果、第８図Ｂに示すように、隣接する３列のトラック（Ｔ１〜Ｔ３）間においてａ１〜ａ７の各点に主構造体３の中心が位置する六方格子パターンまたは準六方格子パターンを形成するように主構造体３が配置されている。ここで、準六方格子パターンとは、正六方格子パターンと異なり、トラックの延在方向（Ｘ方向）に引き伸ばされ歪んだ六方格子パターンを意味する。
主構造体３が準六方格子パターンを形成するように配置されている場合には、第８図Ｂに示すように、同一トラック（例えばＴ１）内における主構造体３の配置ピッチＰ１（ａ１〜ａ２間距離）は、隣接する２つのトラック（例えばＴ１およびＴ２）間における主構造体３の配置ピッチ、すなわちトラックの延在方向に対してθ方向における主構造体３の配置ピッチＰ２（例えばａ１〜ａ７，ａ２〜ａ７間距離）よりも長くなっている。このように主構造体３を配置することで、主構造体３の充填密度の更なる向上を図れるようになる。
主構造体３の高さ（深さ）は特に限定されず、透過させる光の波長領域に応じて適宜設定され、例えば２３６ｎｍ〜４５０ｎｍ程度の範囲に設定される。主構造体３のアスペクト比（高さＨ／配置ピッチＰ）は、０．８１〜１．４６の範囲に設定することが好ましく、より好ましくは０．９４〜１．２８の範囲である。０．８１未満であると反射特性および透過特性が低下する傾向にあり、１．４６を超えると光学素子１の作製時において剥離特性が低下し、レプリカの複製が綺麗に取れなくなる傾向があるからである。
また、主構造体３のアスペクト比は、反射特性をより向上させる観点からすると、０．９４〜１．４６の範囲に設定することが好ましい。また、主構造体３のアスペクト比は、透過特性をより向上させる観点からすると、０．８１〜１．２８の範囲に設定することが好ましい。
なお、本発明においてアスペクト比は、以下の式（１）により定義される。
アスペクト比＝Ｈ／Ｐ・・・（１）
但し、Ｈ：主構造体３の高さ、Ｐ：平均配置ピッチ（平均周期）
ここで、平均配置ピッチＰは以下の式（２）により定義される。
平均配置ピッチＰ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ２）／３ ・・・（２）
但し、Ｐ１：トラックの延在方向の配置ピッチ（トラック延在方向周期）、Ｐ２：トラックの延在方向に対して±θ方向（但し、θ＝６０°−δ、ここで、δは、好ましくは０°＜δ≦１１°、より好ましくは３°≦δ≦６°）の配置ピッチ（θ方向周期）
また、主構造体３の高さＨは、主構造体３の列方向の高さとする。主構造体３のトラック延在方向の高さは、列方向の高さよりも小さい。また、主構造体３間以外の部分、または主構造体３のトラック延在方向以外の部分における高さは列方向の高さとほぼ同一である。このため、主構造体３の高さを列方向の高さで代表する。但し、主構造体３が凹部である場合、上記式（１）における主構造体３の高さＨは、主構造体３の深さＨとする。
主構造体３は図示する凸部形状のものに限らず、基体２の表面に形成した凹部で構成されていてもよい。主構造体３の高さは特に限定されず、例えば４２０ｎｍ程度、具体的には２３６ｎｍ〜４５０ｎｍである。なお、主構造体３を凹部形状とした場合には、主構造体３の深さとなる。
このような主構造体３は、反射防止の機能を考えると深さ（ｚ）方向に対する屈折率変化が、滑らかに変化していることが好ましい。たとえば、放物曲面で形成した楕円錐または楕円錐台形状では、深さ方向に対してｚの１次で屈折率が変化し、滑らかに屈折率を変えることができる。また、このとき、主構造体３の頂上部の形状が先鋭でないため、実用上の耐久性として、十分なものが得られる。主構造体３の形状が、円錐形状や四角錐形状のものは、深さ方向に対してｚの二乗で屈折率が変化するが、この場合は、主構造体３の頂上部の形状が先鋭となり耐久性が悪化し、また、長波長側での反射率を悪化させる方向であるため、ｎ（ｚ）が放物曲面時の変化と円錐曲面時の変化との中間で変化するような屈折率プロファイルであることが好ましい。上述のような楕円錐形状や楕円錐台形状で、副構造体４を設けたものは、このようななだらかな屈折率プロファイルを達成することができるため、十分な耐久性を併せ持ち、優れた反射防止特性を得ることができる。
第８図では、主構造体３は、それぞれ同一の形状を有しているが、主構造体３の形状はこれに限定されるものではなく、基体表面に２種以上の形状の主構造体３が形成されていてもよい。また、主構造体３は、基体２と一体的に形成されていてもよい。
なお、主構造体３のアスペクト比は全て同一である場合に限らず、主構造体３が一定の高さ分布（例えばアスペクト比０．８３〜１．４６程度の範囲）をもつように構成されていてもよい。高さ分布を有する主構造体３を設けることで、反射特性の波長依存性を低減することができる。したがって、優れた反射防止特性を有する光学素子１を実現することができる。
ここで、高さ分布とは、２種以上の高さ（深さ）を有する主構造体３が基体２の表面に設けられていることを意味する。すなわち、基準となる高さを有する主構造体３と、この主構造体３とは異なる高さを有する主構造体３とが基体２の表面に設けられていることを意味する。基準とは異なる高さを有する主構造体３は、例えば基体２の表面に周期的または非周期的（ランダム）に設けられている。その周期性の方向としては、例えばトラックの延在方向、列方向などが挙げられる。
（副構造体）
副構造体４は、主構造体３よりも低い高さを有する構造体、例えば微小な突出部である。また、副構造体４の高さは、屈折率を考慮した光路長で、用いる波長の１／４程度以下であれば反射防止の機能に寄与し、例えば、１０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度である。副構造体４の材料としては、例えば、基体２および主構造体３の材料と同一の材料を用いることもできるが、基体２および主構造体３より屈折率の低い材料を用いることが好ましい。反射率をより低減することができるからである。また、上述の内容は、主として主構造体３と副構造体４が凸の場合を述べたが、凹凸が逆の場合であってもかまわなく、主構造体３と副構造体４が凹んだ状態であってもよい。さらには、主構造体３と副構造体４の凹部と凸部の関係が、さかさまになっているようにしてもよい。具体的には、主構造体３が凸部である場合には、副構造体４がそれとは反対に凹部であり、主構造体３が凹部である場合には、副構造体４がそれとは反対に凸部であるようにしてもよい。
副構造体４は、例えば主構造体３間に設けられる。具体的には、副構造体４は主構造体３の最隣接部に設けられ、この最隣接部に設けられた副構造体４により主構造体３間が接続されることが好ましい。このようにすることで、主構造体３の充填率を向上させることができる。また、副構造体４の空間的周波数成分は、主構造体３の周期から換算される周波数成分より高いことが好ましい。具体的には、副構造体４の空間的周波数成分は、主構造体３の周期から換算される周波数成分の２倍以上であることが好ましく、４倍以上であることがさらに好ましい。このような副構造体４の空間周波数成分は、主構造体３の周波数成分の整数倍次とならないことが好ましい。
副構造体４は、副構造体４の形成しやすさの観点から、第８図Ｂに示したように、楕円錐形状または楕円錐台形状などの主構造体３が隣接する黒丸印「●」の位置に配置されることが好ましい。このように配置する場合、副構造体４は、主構造体３の隣接部全てに形成する、もしくはＴ１、Ｔ２などのトラック延在方向のみに形成するようにしてもよい。主構造体３が六方格子パターンまたは準六方格子パターンに周期的に配置されている場合には、例えば、主構造体３が６回対称となる方位で隣接する。この場合、隣接部に副構造体４が設けられ、この副構造体４により主構造体３間が接続されることが好ましい。また、充填率を向上させる観点から、第８図Ｂに示した、主構造体３間の空隙部２ａに副構造体４を形成することが好ましく、主構造体３の隣接部と空隙部２ａの両方に副構造体４を形成するようにしてもよい。なお、副構造体４を形成する位置は、上述の例に特に限定されるものではなく、主構造体３の表面全体に副構造体４を形成するようにしてもよい。
また、反射特性および透過特性の向上の観点からすると、副構造体４の表面に、微小な凸部および凹部の少なくとも１種、例えば微小な凹凸部４ａを形成することが好ましい。
また、反射防止機能が良好で波長依存性が少ない光学素子１を得るには、副構造体４の微小な凸部または凹部は、主構造体３の周期よりも短い、高周波の空間的周波数成分を有するように形成されることが好ましい。例えば、第９図に示したように、微小な凹部と凸部とを有する、波打った微小な凹凸部４ａであることが好ましい。微小な凹凸部４ａは、例えば、後述する光学素子の製造工程におけるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのエッチングの条件や、原盤の材料を適宜選択することにより形成することができる。具体的には、原盤の材料としては、パイレックスガラスを用いることが好ましい。
上述の例では、副構造体４を設ける場合を説明したが、たとえば、楕円錐形状や楕円錐台形状を用い、主構造体３の接する部分において、主構造体３の光路長で１／４程度以下の下部の部分が、周期よりも大きい形状であるような構造を用いてもかまわない（第１０図Ａ、第１０図Ｂ参照）。すなわち、副構造体４を設ける代わりに、隣接する主構造体３の下部同士を重ね合わせる構造としてよい。また、このときの主構造体３の配置としては、第８図Ｂに示したような楕円形状のものであることが好ましい。このようにすることで、接合箇所を６箇所に増やして充填率を上げることができる。また、構造体の頂上部から深さ方向に進むに従って、滑らかに屈折率プロファイルを変化させることができる。
なお、隣接する主構造体３の下部同士を重ね合わせ、かつ、基体２の表面に副構造体４を形成するようにしてもよい。
（１−２）ロールマスタの構成
第１１図は、上述の構成を有する光学素子を作製するためのロールマスタの構成の一例を示す。第１１図に示すように、ロールマスタ１１は、円柱状の原盤１２の表面に凹部である主構造体１３が可視光の波長と同程度のピッチで多数配置された構成を有している。主構造体１３は、基体方面に凸部である主構造体３を形成するためのものである。また、図示を省略するが、円柱状の原盤１２の表面には、主構造体１３よりも浅い凹部である副構造体が形成されている。この副構造体は、基体方面に凸部である副構造体４を形成するためのものである。副構造体４は、例えば、楕円錐形状または楕円錐台形状などの主構造体１３が隣接する黒丸印「●」の位置に配置されることが好ましい。
原盤１２の材料は、例えばガラスを用いることができるが、この材料に特に限定されるものでははない。後述するロール原盤露光装置を用い２次元パターンが空間的にリンクし、１トラック毎に極性反転フォーマッタ信号と記録装置の回転コントロラーを同期させ信号を発生し、ＣＡＶで適切な送りピッチでパターニングすることにより、六方格子パターンまたは準六方格子パターンを記録することができる。極性反転フォーマッタ信号の周波数とロールの回転数を適切に設定することにより、所望の記録領域に空間周波数が一様な格子パターンを形成する。
（１−３）光学素子の製造方法
次に、第１２図〜第１４図を参照しながら、上述の構成を有する光学素子の製造方法の一例について説明する。
第１の実施形態に係る光学素子の製造方法は、原盤にレジスト層を形成するレジスト成膜工程、ロール原盤露光装置を用いてレジスト層にモスアイパターンの潜像を形成する露光工程、潜像が形成されたレジスト層を現像する現像工程、プラズマエッチングを用いてロールマスタを製作するエッチング工程、紫外線硬化樹脂により複製基板を製作する複製工程とを備える。
（露光装置の構成）
まず、第１２図を参照して、モスアイパターンの露光工程に用いるロール原盤露光装置の構成について説明する。このロール原盤露光装置は、光学ディスク記録装置をベースとして構成されている。
レーザー光源２１は、記録媒体としての原盤１２の表面に着膜されたレジストを露光するための光源であり、例えば波長λ＝２６６ｎｍの記録用のレーザー光１５を発振するものである。レーザー光源２１から出射されたレーザー光１５は、平行ビームのまま直進し、電気光学素子（ＥＯＭ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）２２へ入射する。電気光学素子２２を透過したレーザー光１５は、ミラー２３で反射され、変調光学系２５に導かれる。
ミラー２３は、偏光ビームスプリッタで構成されており、一方の偏光成分を反射し他方の偏光成分を透過する機能をもつ。ミラー２３を透過した偏光成分はフォトダイオード２４で受光され、その受光信号に基づいて電気光学素子２２が制御されてレーザー光１５の位相変調が行われる。
変調光学系２５において、レーザー光１５は、集光レンズ２６により、ガラス（ＳｉＯ_２）などからなる音響光学素子（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）２７に集光される。レーザー光１５は、音響光学素子２７により強度変調され発散した後、レンズ２８によって平行ビーム化される。変調光学系２５から出射されたレーザー光１５は、ミラー３１によって反射され、移動光学テーブル３２上に水平かつ平行に導かれる。
移動光学テーブル３２は、ビームエキスパンダ３３、および対物レンズ３４を備えている。移動光学テーブル３２に導かれたレーザー光１５は、ビームエキスパンダ３３により所望のビーム形状に整形された後、対物レンズ３４を介して、原盤１２上のレジスト層へ照射される。原盤１２は、スピンドルモータ３５に接続されたターンテーブル３６の上に載置されている。そして、原盤１２を回転させるとともに、レーザー光１５を原盤１２の高さ方向に移動させながら、レジスト層へレーザー光１５を間欠的に照射することにより、レジスト層の露光工程が行われる。形成された潜像は、例えば、円周方向に長軸を有する略楕円形になる。レーザー光１５の移動は、移動光学テーブル３２の矢印Ｒ方向への移動によって行われる。
露光装置は、第８図Ｂに示した六方格子または準六方格子の２次元パターンに対応する潜像をレジスト層に形成するための制御機構３７を備えている。制御機構３７は、フォーマッタ２９とドライバ３０とを備える。フォーマッタ２９は、極性反転部を備え、この極性反転部が、レジスト層に対するレーザー光１５の照射タイミングを制御する。ドライバ３０は、極性反転部の出力を受けて、音響光学素子２７を制御する。
このロール原盤露光装置では、２次元パターンが空間的にリンクするように１トラック毎に極性反転フォーマッタ信号と記録装置の回転コントロラーを同期させ信号を発生し、音響光学素子２７により強度変調している。角速度一定（ＣＡＶ）で適切な回転数と適切な変調周波数と適切な送りピッチでパターニングすることにより、六方格子または準六方格子パターンを記録することができる。
以下、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の製造方法の各工程について順次説明する。
（レジスト成膜工程）
まず、第１３図Ａに示すように、円柱状の原盤１２を準備する。この原盤１２は、例えばガラス原盤である。次に、第１３図Ｂに示すように、原盤１２の表面にレジスト層１４を形成する。レジスト層１４の材料としては、例えば有機系レジスト、および無機系レジストのいずれを用いてもよい。有機系レジストとしては、例えばノボラック系レジストや化学増幅型レジストを用いることができる。また、無機系レジストとしては、例えば、１種または２種以上の遷移金属からなる金属酸化物を用いることができる。
（露光工程）
次に、第１３図Ｃに示すように、上述したロール原盤露光装置を用いて、原盤１２を回転させると共に、レーザー光（露光ビーム）１５をレジスト層１４に照射する。このとき、レーザー光１５を原盤１２の高さ方向に移動させながら、レーザー光１５を間欠的に照射することで、レジスト層１４を全面にわたって露光する。これにより、レーザー光１５の軌跡に応じた潜像１６が、可視光波長と同程度のピッチでレジスト層１４の全面にわたって形成される。
（現像工程）
次に、原盤１２を回転させながら、レジスト層１４上に現像液を滴下して、第１４図Ａに示すように、レジスト層１４を現像処理する。図示するように、レジスト層１４をポジ型のレジストにより形成した場合には、レーザー光１５で露光した露光部は、非露光部と比較して現像液に対する溶解速度が増すので、潜像（露光部）１６に応じたパターンがレジスト層１４に形成される。
（エッチング工程）
次に、原盤１２の上に形成されたレジスト層１４のパターン（レジストパターン）をマスクとして、原盤１２の表面をエッチング処理する。これにより、第１４図Ｂに示すように、トラックの延在方向に長軸方向をもつ楕円錐形状または楕円錐台形状の凹部、すなわち主構造体１３を得ることができる。エッチング方法は、例えばドライエッチングによって行われる。このとき、エッチング処理とアッシング処理を交互に行うことにより、例えば、錐体状の主構造体１３のパターンを形成することができるとともに、レジスト層１４の３倍以上の深さ（選択比３以上）のガラスマスターを作製でき、主構造体３の高アスペクト比化を図ることができる。以上により、六方格子パターンまたは準六方格子パターンを有するロールマスタ１１が得られる。
（複製工程）
次に、ロールマスタ１１と紫外線硬化樹脂を塗布したアクリルシートなどを密着させ、紫外線を照射し硬化させながら剥離する。これにより、第１４図Ｃに示すように、目的とする光学素子１が作製される。
この第１の実施形態によれば、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返され、かつ、複数列のトラックをなすように、主構造体３を基体表面に形成するとともに、主構造体３の大きさよりも小さい副構造体４を基体表面に形成しているので、生産性が高く、優れた反射防止特性を有する光学素子１を実現できる。
（２）第２の実施形態
（２−１）光学素子の構成
第１５図Ａは、本発明の第２の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。第１５図Ｂは、第１５図Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。第１５図Ｃは、第１５図ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図である。第１５図Ｄは、第１５図ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。
第２の実施形態に係る光学素子１は、トラックＴが円弧状の形状を有し、主構造体３が円弧状に配置されている。第１５図Ｂに示すように、隣接する３列のトラック（Ｔ１〜Ｔ３）間においてａ１〜ａ７の各点に主構造体３の中心が位置する準六方格子パターンを形成するように主構造体３が配置されている。ここで、準六方格子パターンとは、正六方格子パターンとは異なり、トラックＴの円弧状に沿って歪んだ六方格子パターンを意味する。あるいは、正六方格子パターンとは異なり、トラックＴの円弧状に沿って歪み、かつ、トラックの延在方向（Ｘ方向）に引き伸ばされ歪んだ六方格子パターンを意味する。
上述した以外の光学素子１の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
（２−２）ディスクマスタの構成
第１６図は、上述の構成を有する光学素子を作製するためのディスクマスタの構成の一例を示す。第１６図に示すように、ディスクマスタ４１は、円盤状の原盤４２の表面に凹部である主構造体４３が可視光の波長と同程度のピッチで多数配置された構成を有している。主構造体４２は、例えば、同心円状またはスパイラル状のトラック上に配置されている。
上述した以外のディスクマスタ４１の構成は、第１の実施形態のロールマスタ１１と同様であるので説明を省略する。
（２−３）光学素子の製造方法
第１７図は、上述の構成を有するディスクマスタを作製するための露光装置の構成の一例を示す概略図である。
移動光学テーブル３２は、ビームエキスパンダ３３、ミラー３８および対物レンズ３４を備えている。移動光学テーブル３２に導かれたレーザー光１３は、ビームエキスパンダ３３により所望のビーム形状に整形された後、ミラー３８および対物レンズ３４を介して、円盤状の原盤４２上のレジスト層へ照射される。原盤４２は、スピンドルモータ３５に接続されたターンテーブル（図示略）の上に載置されている。そして、原盤４２を回転させるとともに、レーザー光１５を原盤４２の回転半径方向に移動させながら、原盤４２上のレジスト層へレーザー光を間欠的に照射することにより、レジスト層の露光工程が行われる。形成された潜像は、円周方向に長軸を有する略楕円形になる。レーザー光１５の移動は、移動光学テーブル３２の矢印Ｒ方向への移動によって行われる。
第１７図に示した露光装置においては、レジスト層に対して第１６図に示した六方格子または準六方格子の２次元パターンからなる潜像を形成するための制御機構３７を備えている。制御機構３７は、レジスト層に対するレーザー光１５の照射タイミングを制御する極性反転部と、この極性反転部の出力を受けて、ＡＯＭ２７を制御するドライバ３０を備えている。
制御機構３７は、潜像の２次元パターンが空間的にリンクするように、１トラック毎に、ＡＯＭ２７によるレーザー光１５の強度変調と、スピンドルモータ３５の駆動回転速度と、移動光学テーブル３２の移動速度とをそれぞれ同期させる。原盤４２は、角速度一定（ＣＡＶ）で回転制御される。そして、スピンドルモータ３５による原盤４２の適切な回転数と、ＡＯＭ２７によるレーザー強度の適切な周波数変調と、移動光学テーブル３２によるレーザー光１５の適切な送りピッチとでパターニングを行う。これにより、レジスト層に対して六方格子パターン、または準六方格子パターンの潜像が形成される。
例えば、円周方向の配置ピッチＰ１を３３０ｎｍ、円周方向約６０°方向（約−６０°方向）の配置ピッチＰ２を３００ｎｍにするには、送りピッチは２５１ｎｍにすればよい。なお、Ｐ１を３１５ｎｍ、Ｐ２を２７５ｎｍにするには、送りピッチは２２６ｎｍにすればよい。また、Ｐ１を３００ｎｍ、Ｐ２を２６５ｎｍにするには、送りピッチは２１９ｎｍにすればよい。
更に、極性反転部の制御信号を、空間周波数（潜像のパターン密度であり、Ｐ１：３３０、Ｐ２：３００ｎｍ、または、Ｐ１：３１５ｎｍ、Ｐ２：２７５ｎｍ、または、Ｐ１：３００ｎｍ、Ｐ２：２６５ｎｍ）が一様になるように徐々に変化させる。より具体的には、レジスト層に対するレーザー光１５の照射周期を１トラック毎に変化させながら露光を行い、各トラックＴにおいてＰ１がほぼ３３０ｎｍ（あるいは３１５ｎｍ、３００ｎｍ）となるように制御機構３７においてレーザー光１５の周波数変調を行う。即ち、トラック位置が円盤状の原盤４２の中心から遠ざかるに従い、レーザー光の照射周期が短くなるように変調制御する。これにより、基板全面において空間周波数が一様なナノパターンを形成することが可能となる。
上述した以外の光学素子の製造方法は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
この第２の実施形態によれば、直線状に主構造体３を配列した場合と同様に、透過率および反射率に優れた光学素子１を得ることができる。
（３）第３の実施形態
第１８図Ａは、本発明の第３の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。第１８図Ｂは、第１８図Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。第１８図Ｃは、第１８図ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図である。第１８図Ｄは、第１８図ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。
第３の実施形態に係る光学素子１は、主構造体３が、隣接する３列のトラック間において四方格子パターンまたは準四方格子パターンをなしている点において、第１の実施形態のものとは異なっている。ここで、準四方格子パターンとは、正四方格子パターンと異なり、トラックの延在方向（Ｘ方向）に引き伸ばされ歪んだ四方格子パターンを意味する。主構造体３が四方格子パターンまたは準四方格子パターンに周期的に配置されている場合には、例えば、主構造体３が４回対称となる方位で隣接する。また、四方格子をより引き伸ばし歪ませることにより、同一トラックの主構造体に対しても隣接させることが可能となり、４回対称となる方位に加えて同一トラック方向の２箇所でも隣接した充填密度の高い配置がなされる。この場合、隣接部に副構造体４が設けられ、この副構造体４により主構造体３間が接続されることが好ましい。
隣接する２つのトラックＴ間において、一方のトラック（例えばＴ１）に配列された主構造体３の中間位置（半ピッチずれた位置）に、他方のトラック（例えばＴ２）の主構造体３が配置されている。その結果、第１８図Ｂに示すように、隣接する３列のトラック（Ｔ１〜Ｔ３）間においてａ１〜ａ４の各点に構造体３の中心が位置する四方格子パターンまたは準四方格子パターンを形成するように主構造体３が配置されている。
主構造体３の高さまたは深さは特に限定されず、例えば、１５９ｎｍ〜３１２ｎｍ程度である。トラックＴに対してθ方向のピッチＰ２は、例えば、２７５ｎｍ〜２９７ｎｍ程度である。主構造体３のアスペクト比（高さＨ／配置ピッチＰ）は、例えば、０．５４〜１．１３程度である。更に、主構造体３のアスペクト比は全て同一である場合に限らず、主構造体３が一定の高さ分布をもつように構成されていてもよい。
同一トラック内における主構造体３の配置ピッチＰ１は、隣接する２つのトラック間における主構造体３の配置ピッチＰ２よりも長いことが好ましい。また、同一トラック内における主構造体３の配置ピッチをＰ１、隣接する２つのトラック間における主構造体３の配置ピッチをＰ２としたとき、比率Ｐ１／Ｐ２が、１．４＜Ｐ１／Ｐ２≦１．５の関係を満たすことが好ましい。このような数値範囲にすることで、楕円錐または楕円錐台形状を有する構造体の充填率を向上することができるので、反射防止特性を向上することができる。
この第３の実施形態では、上述の第１の実施形態と同様に、透過率および反射率に優れた光学素子１を得ることができる。
（４）第４の実施形態
第１９図Ａは、本発明の第４の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。第１９図Ｂは、第１９図Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。第１９図Ｃは、第１９図ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図である。第１９図Ｄは、第１９図ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。
第４の実施形態に係る光学素子１は、基体２の主構造体３が形成された面上に、低屈折率層５が形成されている点において、第１の実施形態とは異なっている。低屈折率層５は、基体２、主構造体３、および副構造体４を構成する材料より低い屈折率を有する材料を主成分としている。この低屈折率層４の材料としては、従来の公知の有機系、例えばフッ素系の樹脂、または無機系の低屈折率材料、例えばＬｉＦ、ＭｇＦ_２を用いることができる。
この第４の実施形態では、上述の第１の実施形態に比べて反射率をさらに低減することができる。
（５）第５の実施形態
第２０図Ａは、本発明の第５の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。第２０図Ｂは、第２０図Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。第２０図Ｃは、第２０図ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図である。第２０図Ｄは、第２０図ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。
第５の実施形態に係る光学素子１は、主構造体３および副構造体４の表面に微細凹凸形状６を設けている点において、第１の実施形態とは異なっている。光学素子１が空隙部２ａを有する場合には、空隙部２ａにも微細凹凸形状６を設けることが好ましい。
この第５の実施形態では、上述の第１の実施形態に比べて反射率をさらに低減することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
まず、外径１２６ｍｍのガラスロール原盤を準備し、このガラス原盤の表面に以下のようにしてレジストを着膜した。すなわち、シンナーでフォトレジストを１／１０に希釈し、この希釈レジストをディップによりガラスロール原盤の円柱面上に厚さ１３０ｎｍ程度に塗布することにより、レジストを着膜した。次に、記録媒体としてのガラス原盤を、第１２図に示したロール原盤露光装置に搬送し、レジストを露光することにより、１つの螺旋状に連なるとともに、隣接する３列のトラック間において準六方格子パターンをなす潜像がレジストにパターニングされた。
具体的には、準六方格子パターンが形成されるべき領域に対して、前記ガラスロール原盤表面まで露光するパワー０．５０ｍＷ／ｍのレーザー光を照射し凹形状の準六方格子パターンを形成した。なお、トラック列の列方向のレジスト厚さは１２０ｎｍ程度、トラックの延在方向のレジスト厚さは１００ｎｍ程度であった。
次に、ガラスロール原盤上のレジストに現像処理を施して、露光した部分のレジストを溶解させて現像を行った。具体的には、図示しない現像機のターンテーブル上に未現像のガラスロール原盤を載置し、ターンテーブルごと回転させつつガラスロール原盤の表面に現像液を滴下してその表面のレジストを現像した。これにより、レジスト層が準六方格子パターンに開口しているレジストガラス原盤が得られた。
次に、ロールプラズマエッチングを用い、ＣＨＦ_３ガス雰囲気中でのプラズマエッチングを行った。これにより、ガラスロール原盤の表面において、レジスト層から露出している準六方格子パターンの部分のみエッチングが進行し、その他の領域はフォトレジストがマスクとなりエッチングはされず、楕円錐形状の凹部が得られた。このときのパターンでのエッチング量（深さ）はエッチング時間によって変化させた。最後に、Ｏ_２アッシングにより完全にフォトレジストを除去することにより、凹形状の六方格子パターンのモスアイガラスロールマスタが得られた。列方向における凹部の深さは、トラックの延在方向における凹部の深さより深かった。
次に、上記モスアイガラスロールマスタと紫外線硬化樹脂を塗布したアクリルシートを密着させ、紫外線を照射し硬化させながら剥離することにより、光学素子を作製した。
（形状の評価）
上述のように作製した光学素子について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察を行なった。その結果を第２１図に示す。第２１図から、トラック方向における主構造体間が副構造体によって接続されていることがわかる。
（実施例２）
１トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、ロールの回転数と、適切な送りピッチと、露光スポットとを調整することで、レジスト層をパターニングすることにより、四方格子パターンをレジスト層に記録した。これ以外のことは、実施例１と同様にして光学素子を作製した。
（実施例３）
１トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、ロールの回転数と、適切な送りピッチと、露光スポットとを調整することで、レジスト層をパターニングすることにより、準六方格子パターンをレジスト層に記録した。これ以外のことは、実施例１と同様にして光学素子を作製した。
（実施例４）
１トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、ロールの回転数と、適切な送りピッチと、露光スポットとを調整することで、レジスト層を実施例１に比して小さな開口でパターニングし、エッチングとアッシングの条件を調整することにより、準六方格子パターンをレジスト層に記録した。これ以外のことは、実施例１と同様にして光学素子を作製した。
（実施例５）
１トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、ロールの回転数と、適切な送りピッチと、露光スポットとを調整することで、レジスト層を実施例１に比して小さな開口でパターニングし、エッチングとアッシングの条件を調整することにより、準六方格子パターンをレジスト層に記録した。これ以外のことは、実施例１と同様にして光学素子を作製した。
（実施例６）
１トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、ロールの回転数と、適切な送りピッチと、露光スポットとを調整することで、レジスト層をパターニングすることにより、準六方格子パターンをレジスト層に記録した。これ以外のことは、実施例１と同様にして原盤を作製した。
（形状の評価）
上述のようにして作製した実施例１〜５の光学素子、および実施例６の原盤の凹凸面（構造体形成面）を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察を行った。そして、ＡＦＭの断面プロファイルから各実施例の構造体の高さ、およびピッチを求めた。その結果を表１に示す。
第２２図は、実施例３の光学素子の反射特性を示すグラフである。第２２図から、可視光域において１．０％以下、特に中心波長域においては０．１％以下の高性能な反射防止効果が得られることがわかる。
第２３図から、主構造体間が４回対称となる方位で隣接し、これらの隣接箇所全ておいて構造体同士が接続されていることがわかる。
第２４図Ａ、第２４図Ｂから、主構造体の底部には、主構造体の頂部から底部に向かう方向に細長く延びる突出部（副構造体）が形成されていることがわかる。また、主構造体の頂部には微細な穴部（副構造体）が形成されていることがわかる。すなわち、光学素子の表面（構造体形成面）全体に副構造体が形成されていることがわかる。
第２５図から、主構造体の頂部から底部に向かう方向に細長く延びる突出部（副構造体）などが、光学素子の表面全体に形成されていることがわかる。なお、副構造体として、突出部（凸部）に代えて、凹部を形成するようにしてもよい。
第２６図から、原盤の表面に準六方格子状に構造体（凹部）が形成され、それらの深さに異方性があることがわかる。
次に、ＲＣＷＡ（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｗａｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）シミュレーションにより構造体の高さと反射率との関係について検討した。
（試験例１）
主構造体の底面径をトラックピッチＰ１に対して８５％、９０％、９５％、９９％の大きさにして、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を第２７図に示す。
以下に、シミュレーションの条件を示す。
主構造体形状：釣鐘型
偏光：無偏光
屈折率：１．４８
トラックピッチＰ１：３２０ｎｍ
主構造体の高さ：３６５ｎｍ
アスペクト比：１．１４
主構造体の配列：六方格子
第２７図から、主構造体の底面径の大きさが変わり、充填率が下がると、反射率が悪化することがわかる。
（試験例２）
トラック方向の主構造体間に、アスペクト比０．３の低い突出部である副構造体を設ける以外は、試験例１と同様にして、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を第２８図に示す。
第２８図から、トラック方向の主構造体間に低い突出部で作成した副構造体がある場合、充填率が下がっても、反射率を低く抑えることができることがわかる。
（試験例３）
トラック方向の主構造体間に、主構造体の高さの１／４に相当する副構造体を設け、各々の高さの主構造体を同じ割合で存在させ、それぞれの高さでの結果と、深さ分布を持たせた場合の結果（Ａｖｅ．）をあわせて、グラフとしたものを第２９図に示す。
主構造体形状：釣鐘型
偏光：無偏光
屈折率：１．４８
トラックピッチＰ１：３２０ｎｍ
主構造体の底面径：トラックピッチＰ１の９０％
アスペクト比：０．９３、１．００、１．１４、１．３０（各々、深さ０．２７０、０．３２０、０．３８５、０．４１５μｍ）
主構造体の配列：六方格子
第２９図から、トラック方向の主構造体間に低い突出部である副構造体を設け、主構造体に高さ分布を持たせると、波長依存性の少ない低反射特性が得られることがわかる。
（試験例４）
副構造体の空間的周波数の次数を、副構造体無し、２．３次、４．８次として、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を第３０図に示す。
以下に、シミュレーションの条件を示す。
主構造体形状：釣鐘型
偏光：無偏光
屈折率：１．５０
トラックピッチＰ１：３２０ｎｍ
主構造体の高さ：３６５ｎｍ
アスペクト比：１．１４
主構造体の配列：六方格子
第３０図から、副構造体の次数を増やすと、波長依存性が少なく、副構造体が無い場合と比較して、反射率の低い光学特性が得られることがわかる。
（試験例５）
主構造体を六方格子状の釣鐘型構造とし、底部を接合させない場合と底部同士を重ね合わせて接合させた場合とのＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を第３１図に示す。
以下に、シミュレーションの条件を示す。
主構造体形状：釣鐘型
偏光：無偏光
屈折率：１．５０
トラックピッチＰ１：３２０ｎｍ
主構造体の高さ：３６５ｎｍ
アスペクト比：１．１４
主構造体の配列：六方格子
第３１図から、主構造体を六方格子状の釣鐘型構造とし、底部を接合させない場合と、底部同士を重ね合わせて接合させた場合とにおいて、接合させた場合に良好な反射防止特性が得られることがわかる。
以上、この発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた数値、形状および材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値、形状および材料などを用いてもよい。

Claims (21)

1. 基体と、
   上記基体表面に形成された、凸部または凹部である主構造体および副構造体と
   を備え、
   上記主構造体は、上記基体表面において複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返し配列され、
   上記副構造体は、上記主構造体の大きさよりも小さく、
   上記副構造体は、上記主構造体間に設けられ、
   上記主構造体が、六方格子状、または準六方格子状に周期的に配置され、
   上記主構造体間が６回対称、またはほぼ６回対称となる方位で隣接し、
   上記隣接する部分に上記副構造体が設けられ、該副構造体により上記主構造体間が接続され、
   上記副構造体が、上記基体および上記主構造体より屈折率の低い材料を主成分とする光学素子。
2. 基体と、
   上記基体表面に形成された、凸部である主構造体および副構造体と
   を備え、
   上記主構造体は、上記基体表面において複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返し配列され、
   上記副構造体は、上記主構造体の大きさよりも小さく、
   上記副構造体は、上記主構造体間に設けられ、
   上記主構造体が、六方格子状、または準六方格子状に周期的に配置され、
   上記主構造体間が６回対称、またはほぼ６回対称となる方位で隣接し、
   上記隣接する部分に上記副構造体が設けられ、該副構造体により上記主構造体間が接続され、
   上記副構造体は、上記主構造体の頂部に形成された穴部である光学素子。
3. 上記副構造体が、上記主構造体間と、上記主構造体の配列の空隙部とに形成されている請求項１または２記載の光学素子。
4. 基体と、
   上記基体表面に形成された、凸部または凹部である主構造体および副構造体と
   を備え、
   上記主構造体は、上記基体表面において複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返し配列され、
   上記副構造体は、上記主構造体の大きさよりも小さく、
   上記副構造体が、上記主構造体の表面に形成され、
   上記副構造体が、上記基体および上記主構造体より屈折率の低い材料を主成分とする光学素子。
5. 基体と、
   上記基体表面に形成された、凸部である主構造体および副構造体と
   を備え、
   上記主構造体は、上記基体表面において複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返し配列され、
   上記副構造体は、上記主構造体の大きさよりも小さく、
   上記副構造体が、上記主構造体の表面に形成され、
   上記副構造体は、上記主構造体の頂部に形成された穴部である光学素子。
6. 上記副構造体の繰返し配列の周波数成分が、上記主構造体の周期配列の周波数成分より高い請求項１、２、４および５のいずれかに記載の光学素子。
7. 上記副構造体の繰返し配列の周波数成分が、上記主構造体の周期配列の周波数に対して、２倍以上である請求項６記載の光学素子。
8. 上記副構造体の繰返し配列の周波数成分が、上記主構造体の周期配列の周波数に対して、４倍以上である請求項７記載の光学素子。
9. 上記副構造体の繰返し配列の周波数成分が、上記主構造体の周期配列の周波数に対して整数次の高調波となる値とは異なる請求項６記載の光学素子。
10. 上記主構造体の頂上部における平均屈折率プロファイルｎ（ｚ）の変化が、上記構造体の形状が放物曲面時の変化と円錐曲面時の変化との中間の値をとる請求項１、２、４および５のいずれかに記載の光学素子。
11. 上記副構造体の深さが１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の範囲内である請求項１、２、４および５のいずれかに記載の光学素子。
12. 上記主構造体と上記副構造体の凹部と凸部の関係が、さかさまになっている請求項１または４記載の光学素子。
13. 上記副構造体は、上記主構造体の表面にて細長く延びる凸部または凹部である請求項４記載の光学素子。
14. 上記凸部または凹部は、上記主構造体の頂部から底部に向かう方向に延びている請求項１３記載の光学素子。
15. 上記主構造体は、楕円錐形状、または楕円錐台形状であり、
    上記主構造体の底面は、上記トラックの延在方向が長軸方向となる楕円形状である請求項１、２、４および５のいずれかに記載の光学素子。
16. 請求項１から１５のいずれかに記載の光学素子を備える表示装置。
17. 請求項１から１５のいずれかに記載の光学素子を備える太陽電池。
18. 請求項１から１５のいずれかに記載の光学素子を備える照明装置。
19. 基体と、
    上記基体表面に形成された、凸部または凹部である主構造体および副構造体と
    を備え、
    上記主構造体は、上記基体表面において複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返し配列され、
    上記副構造体は、上記主構造体の大きさよりも小さく、
    上記副構造体は、上記主構造体間に設けられ、
    上記主構造体が、四方格子状、または準四方格子状に周期的に配置され、
    上記主構造体間が４回対称、またはほぼ４回対称となる方位で隣接し、
    上記隣接する部分に上記副構造体が設けられ、該副構造体により上記主構造体間が接続され、
    上記副構造体が、上記基体および上記主構造体より屈折率の低い材料を主成分とする光学素子。
20. 基体と、
    上記基体表面に形成された、凸部である主構造体および副構造体と
    を備え、
    上記主構造体は、上記基体表面において複数列のトラックをなすとともに、可視光の波長以下の微細ピッチで周期的に繰り返し配列され、
    上記副構造体は、上記主構造体の大きさよりも小さく、
    上記副構造体は、上記主構造体間に設けられ、
    上記主構造体が、四方格子状、または準四方格子状に周期的に配置され、
    上記主構造体間が４回対称、またはほぼ４回対称となる方位で隣接し、
    上記隣接する部分に上記副構造体が設けられ、該副構造体により上記主構造体間が接続され、
    上記副構造体は、上記主構造体の頂部に形成された穴部である光学素子。
21. 隣接する上記主構造体の下部同士が、４回対称、またはほぼ４回対称となる方位で重ね合わされている請求項１９または２０に記載の光学素子。