(57)【要約】【課題】光学的な効果を付加することの可能な光学素子を提供する。【解決手段】１つの方向に沿って等しい間隔を空けて並ぶ複数の反射部１２であって、複数の反射部１２の各々の反射する光は可視光に含まれ、反射する光によって反射像を形成する複数の反射部１２と、１つの方向において相互に隣り合う２つの反射部１２に挟まれて、可視光を透過する複数の透過部１３と、から構成される透過回折部２０を備える。複数の反射部１２の少なくとも一部は、反射する光の反射角を反射部１２に入射する光の角度とは異ならせて反射像を形成し、透過回折部２０は、透過部１３を透過する光を所定の方向に回折させた回折光によって、相互に異なる複数の色の各々の回折像を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの方向に沿って等しい間隔を空けて並ぶ複数の反射部であって、複数の前記反射部の各々の反射する光は可視光に含まれ、反射する光によって反射像を形成する複数の前記反射部と、
前記１つの方向において相互に隣り合う２つの前記反射部に挟まれて、前記可視光を透過する複数の透過部と、から構成される透過回折部を備え、
複数の前記反射部の少なくとも一部は、
前記反射する光の反射角を前記反射部に入射する光の角度とは異ならせて反射像を形成し、
前記透過回折部は、前記透過部を透過する光を所定の方向に回折させた回折光によって、相互に異なる複数の色の各々の回折像を形成する
光学素子。
【請求項２】
前記反射部の少なくとも一部は、非周期性の凹凸構造を備え、
前記非周期性の凹凸構造に入射した可視光を前記非周期性の凹凸構造が散乱し、
前記非周期性の凹凸構造からの散乱光が、前記反射像を構成する
請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記反射部の少なくとも一部は、所定の周期性を有した凹凸構造を備え、
前記周期性の凹凸構造に入射した可視光を前記周期性の凹凸構造が所定の方向に回折させ、
前記周期性の凹凸構造からの回折光が、前記反射像を構成する
請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記反射部において、
前記周期性の凹凸構造を有する部分が、第１周期部分であり、
前記反射部は、
前記第１周期部分とは周期性の相互に異なる凹凸構造を有する部分である第２周期部分をさらに備え、
前記第１周期部分と、前記第２周期部分とは、前記反射部に入射した可視光を相互に異なる方向に回折させる
請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記１つの方向が第１方向であり、
前記反射部の少なくとも一部は、
前記第１方向と交差する第２方向に沿って延びる半円筒面を備え、
前記半円筒面に入射した可視光を前記半円筒面が散乱し、
前記半円筒面からの散乱光が前記反射像を構成する
請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記透過回折部を備える第１素子部と、
可視光を散乱させる散乱部と、複数の前記散乱部の間を埋める第２透過部とを備える第２素子部とを備え、
前記第１素子部において、前記第１素子部の面積に対する複数の前記反射部の比が第１面積比であり、
前記散乱部において、前記第２素子部の面積に対する複数の前記散乱部の比が第２面積比であり、
前記第１面積比と前記第２面積比とが相互に等しく、
前記第２素子部の透過する光が、前記第１素子部の透過する光とは相互に異なる
請求項２または５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記第２素子部において、
複数の前記第散乱部の各々は、前記第２素子部の内部において不規則に位置している
請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記透過回折部において、
前記１つの方向において相互に隣り合う前記反射部と前記透過部とが１つの透過周期部を構成し、前記透過周期部における前記１つの方向に沿う幅が、０．２０μｍよりも大きく０．３５μｍ未満である
請求項１から７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記透過回折部において、
前記１つの方向において相互に隣り合う前記反射部と前記透過部とが１つの透過周期部を構成し、前記透過周期部における前記１つの方向に沿う幅が、０．３５μｍ以上２０μｍ以下である
請求項１から７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記反射部では、凹部と凸部とが交互に連続して並び、
前記凹部と前記凸部との連続する方向が周期方向であり、
前記周期方向において相互に隣り合う前記凹部と前記凸部とが１つの反射周期部を構成し、前記反射周期部における前記周期方向に沿う幅が、０．２０μｍよりも大きく０．３５μｍ未満である
請求項３に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記反射部では、凹部と凸部とが交互に連続して並び、
前記凹部と前記凸部との連続する方向が周期方向であり、
前記周期方向において相互に隣り合う前記凹部と前記凸部とが１つの反射周期部を構成し、前記反射周期部における前記周期方向に沿う幅が、０．３５μｍ以上２０μｍ以下である
請求項３に記載の光学素子。
【請求項１２】
複数の前記透過回折部を備え、
複数の前記透過回折部の各々において、前記１つの方向において相互に隣り合う前記反射部と前記透過部とが１つの透過周期部を構成し、相互に異なる透過回折部間において、前記透過周期部における前記１つの方向に沿う幅が相互に異なる
請求項１から１１のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１３】
複数の前記透過回折部を備え、
相互に異なる透過回折部間において、前記非周期性の凹凸構造が相互に異なる
請求項２に記載の光学素子。
【請求項１４】
複数の前記透過回折部を備え、
各透過回折部の備える前記反射部において、凹部と凸部とが交互に連続して並び、かつ、前記凹部と前記凸部との連続する方向が周期方向であり、前記周期方向において相互に隣り合う前記凹部と前記凸部とが１つの反射周期部を構成し、
相互に異なる透過回折部間において、前記反射周期部における前記周期方向に沿う幅が相互に異なる
請求項３に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記反射部を覆う保護部をさらに備え、
前記反射部の厚さが５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
前記保護部の厚さが０．３ｎｍ以上２００ｎｍ以下である
請求項１から１４のいずれか一項に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有価証券、証明書、および、高級ブランド品などの偽造を防ぐことが求められる物品において、模倣の難しい光学的な効果を有する光学素子を物品に付すことで、物品の偽造を抑えることが知られている。模倣の難しい光学的な効果を有する光学素子には、例えば、ホログラム、回折格子、および、多層干渉膜などが知られている。これらの光学素子は、微細な構造を有するため、あるいは、複雑な層構造を有するため、光学素子の構造を解析することが難しい。それゆえに、光学素子の不正な複製を抑えることができ、結果として、光学素子を付された物品の偽造を抑えることができる。
【０００３】
光学素子のうち、例えばホログラムなどでは、素子による光学的な効果を高める目的で、回折構造に接する反射層を有した構造が採用されている。こうした構造では、反射層を所定の形状にパターニングすることによって、より模倣の難しいホログラムが得られる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５５１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、こうした光学素子には、光学的な効果の模倣をより難しくする上で、１つの光学素子によって得られる光学的な効果がさらに付加されることが望まれている。なお、光学素子に対する光学的な効果の付加は、上述したような物品の偽造を抑えるために用いられる光学素子に限らず、他の目的で用いられる光学素子、例えば、物品に付されることで物品を装飾するための光学素子や、光学素子そのものが鑑賞の対象となる光学素子などにおいても同様に求められている。
【０００６】
本発明は、光学的な効果を付加することの可能な光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
光学素子の一態様は、１つの方向に沿って等しい間隔を空けて並ぶ複数の反射部であって、複数の前記反射部の各々の反射する光は可視光に含まれ、反射する光によって反射像を形成する複数の前記反射部と、前記１つの方向において相互に隣り合う２つの前記反射部に挟まれて、前記可視光を透過する複数の透過部と、から構成される透過回折部を備える。複数の前記反射部の少なくとも一部は、前記反射する光の反射角を前記反射部に入射する光の角度とは異ならせて反射像を形成し、前記透過回折部は、前記透過部を透過する光を所定の方向に回折させた回折光によって、相互に異なる複数の色の各々の回折像を形成する。
【０００８】
光学素子の一態様によれば、１つの光学素子において、反射光によって得られる像に加えて、透過光によっても相互に異なる複数の色を有した像が得られる。すなわち、１つの光学素子に対して、光学的な効果が付加される。
【０００９】
上記光学素子の他の態様において、前記反射部の少なくとも一部は、非周期性の凹凸構造を備え、前記非周期性の凹凸構造に入射した可視光を前記非周期性の凹凸構造が散乱し、前記非周期性の凹凸構造からの散乱光が、前記反射像を構成することが好ましい。
【００１０】
上記光学素子の他の態様によれば、光学素子において反射された光は、凹凸構造の散乱した散乱光である一方で、光学素子において透過された光は、透過回折部による回折光である。そのため、光学素子の反射した光と、光学素子の透過した光との差異が顕著になる。
【００１１】
上記光学素子の他の態様において、前記反射部の少なくとも一部は、所定の周期性を有した凹凸構造を備え、前記周期性の凹凸構造に入射した可視光を前記周期性の凹凸構造が所定の方向に回折させ、前記周期性の凹凸構造からの回折光が、前記反射像を構成することが好ましい。
【００１２】
上記光学素子の他の態様によれば、光学素子において反射された光と、光学素子において透過された光との両方が回折光になる。そのため、光学素子と同じ光学的な効果を得るためには、透過による回折光における回折の状態を光学素子と同じにすること、さらには、反射による回折光における回折の状態を光学素子と同じにすることが必要であることから、光学素子の模倣が難しくなる。
【００１３】
上記光学素子の他の態様では、前記反射部において、前記周期性を有した凹凸構造を有する部分が、第１周期部分であり、前記反射部は、前記第１周期部分とは周期性の相互に異なる凹凸構造を有する部分である第２周期部分をさらに備え、前記第１周期部分と、前記第２周期部分とは、前記反射部に入射した可視光を相互に異なる方向に回折させることが好ましい。
【００１４】
上記光学素子の他の態様によれば、光学素子において反射された光は、相互に状態の異なる２つの回折光の合成された光である分、光学的な効果の模倣が難しくなる。
上記光学素子の他の態様において、前記１つの方向が第１方向であり、前記反射部の少なくとも一部は、前記第１方向と交差する第２方向に沿って延びる半円筒面を備え、前記半円筒面に入射した可視光を前記半円筒面が散乱し、前記半円筒面からの散乱光が前記反射像を構成することが好ましい。
【００１５】
上記光学素子の他の態様によれば、光学素子において反射された光は、反射部における半円筒面の散乱した散乱光である一方で、光学素子において透過された光は、透過回折部による回折光である。そのため、光学素子の反射した光と、光学素子の透過した光との差異が顕著になる。
【００１６】
上記光学素子の他の態様において、前記透過回折部を備える第１素子部と、可視光を散乱させる複数の散乱部と、複数の前記散乱部の間を埋める第２透過部とを備える第２素子部とを備える。前記第１素子部において、前記第１素子部の面積に対する複数の前記反射部の比が第１面積比であり、前記散乱部において、前記第２素子部の面積に対する複数の前記散乱部の比が第２面積比であり、前記第１面積比と前記第２面積比とが相互に等しく、前記第２素子部の透過する光が、前記第１素子部の透過する光とは相互に異なることが好ましい。
【００１７】
上記光学素子の他の態様によれば、第１面積比と第２面積比とが相互に等しいため、第１素子部の散乱光の状態と、第２素子部の散乱光の状態とは、相互に等しくなりやすい。それゆえに、光学素子に対して光の反射する側では、第１素子部と第２素子部との境界は認識されにくい。一方で、第１素子部を透過した透過光と、第２素子部を透過した透過光とは相互に異なる。そのため、光学素子には、光学素子に対して光の反射する側と、光学素子に対して光の透過する側とで、光学素子から射出される光に含まれると認識される光の数が相互に異なるという光学的な効果がさらに付加される。
【００１８】
光学素子の他の態様では、前記第２素子部において、複数の前記散乱部の各々は、前記第２素子部の内部において不規則に位置していることが好ましい。
上記光学素子の他の態様によれば、第１素子部を透過した透過光は、相互に異なる複数の色の各々の回折像を形成する回折光である一方で、第２素子部を透過した光は白色光である。そのため、光学素子を透過した２種類の透過光における違いが顕著になる。
【００１９】
上記光学素子の他の態様では、前記透過回折部において、前記１つの方向において相互に隣り合う前記反射部と前記透過部とが１つの透過周期部を構成し、前記透過周期部における前記１つの方向に沿う幅が、０．２０μｍよりも大きく０．３５μｍ未満であることが好ましい。
【００２０】
上記光学素子の他の態様によれば、透過回折部に入射する可視光のうち、反射部に対して垂直な成分である偏光のみを透過しつつ、可視光を回折させることができる。
上記光学素子の他の態様では、前記透過回折部において、前記１つの方向において相互に隣り合う前記反射部と前記透過部とが１つの透過周期部を構成し、前記透過周期部における前記１つの方向に沿う幅が、０．３５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
上記光学素子の他の態様によれば、透過回折部に入射した可視光が、より確実に回折される。
上記光学素子の他の態様において、前記反射部では、凹部と凸部とが交互に連続して並び、前記凹部と前記凸部との連続する方向が周期方向であり、前記周期方向において相互に隣り合う前記凹部と前記凸部とが１つの反射周期部を構成し、前記反射周期部における前記周期方向に沿う幅が、０．２０μｍよりも大きく０．３５μｍ未満であることが好ましい。
【００２２】
上記光学素子の他の態様によれば、反射部に入射する可視光のうち、反射部に対して垂直な成分である偏光のみを反射しつつ、可視光を回折させることができる。
上記光学素子の他の態様において、前記反射部では、凹部と凸部とが交互に連続して並び、前記凹部と前記凸部との連続する方向が周期方向であり、前記周期方向において相互に隣り合う前記凹部と前記凸部とが１つの反射周期部を構成し、前記反射周期部における前記周期方向に沿う幅が、０．３５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
上記光学素子の他の態様によれば、反射部に入射した可視光が、より確実に回折される。
上記光学素子の他の態様において、複数の前記透過回折部を備え、複数の前記透過回折部の各々において、前記１つの方向において相互に隣り合う前記反射部と前記透過部とが１つの透過周期部を構成し、相互に異なる透過回折部間において、前記透過周期部における前記１つの方向に沿う幅が相互に異なることが好ましい。
【００２４】
上記光学素子の他の態様によれば、複数の透過回折部において、透過周期部における１つの方向に沿う幅が相互に異なるため、透過回折部ごとに相互に異なる回折光が得られる。
【００２５】
上記光学素子の他の態様において、複数の前記透過回折部を備え、相互に異なる透過回折部間において、前記非周期性の凹凸構造が相互に異なることが好ましい。
上記光学素子の他の態様によれば、複数の透過回折部において、散乱部の有する非周期性の凹凸構造が相互に異なるため、透過回折部ごとに相互に異なる反射光を得ることができる。
【００２６】
光学素子の他の態様において、複数の前記透過回折部を備え、各透過回折部の備える前記反射部において、凹部と凸部とが交互に連続して並び、かつ、前記凹部と前記凸部との連続する方向が周期方向であり、前記周期方向において相互に隣り合う前記凹部と前記凸部とが１つの反射周期部を構成し、相互に異なる透過回折部間において、前記反射周期部における前記周期方向に沿う幅が相互に異なることが好ましい。
【００２７】
上記光学素子の他の態様によれば、複数の反射部の有する周期的な凹凸構造において、周期方向に沿う幅が相互に異なるため、透過回折部ごとに相互に異なる回折光を得ることができる。
【００２８】
光学素子の他の態様において、前記反射部を覆う保護部をさらに備え、前記反射部の厚さが５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記保護部の厚さが０．３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
反射部は、例えば、反射部を形成するための金属膜を比表面積の相互に異なる領域を有した基材に形成する工程と、基材のうち、比表面積の相対的に大きい領域に形成された金属膜をエッチングする工程とにより、所定の形状に形成される。こうした反射部の形成方法では、金属膜のエッチングマスクとして保護膜を用いることも可能である。そして、上記光学素子の他の態様によれば、反射部の厚さと保護部の厚さとが、比表面積の相対的に大きい領域に形成された金属膜をエッチングする上で好ましい厚さであることから、反射部を形成するときに、上述した反射部の形成方法を採用することが可能になる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の光学素子によれば、光学的な効果を付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の光学素子を具体化した第１実施形態における光学素子の斜視構造を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態における光学素子のＺ−Ｙ平面に沿う断面構造を示す断面図である。
【図３】第１実施形態における光学素子のＺ−Ｘ平面に沿う断面構造を示す断面図である。
【図４】第１実施形態における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図５】第１実施形態における光学素子に入射した光の反射による光学的な効果を説明するための作用図である。
【図６】第１実施形態における光学素子に入射した光の透過による光学的な効果を説明するための作用図である。
【図７】第１実施形態における光学素子の製造方法における１つの工程を示す工程図である。
【図８】第１実施形態における光学素子の製造方法における１つの工程を示す工程図である。
【図９】第１実施形態における光学素子の製造方法における１つの工程を示す工程図である。
【図１０】第１実施形態における光学素子の製造方法における１つの工程を示す工程図である。
【図１１】第１実施形態の変形例における上側透明樹脂層の斜視構造を示す斜視図である。
【図１２】第１実施形態の変形例における上側透明樹脂層の斜視構造を示す斜視図である。
【図１３】第１実施形態の変形例におけるＺ方向から見た光学素子の平面構造を示す平面図である。
【図１４】第１実施形態の変形例におけるＺ方向から見た光学素子の平面構造を示す平面図である。
【図１５】第１実施形態の変形例におけるＺ方向から見た光学素子の平面構造を示す平面図である。
【図１６】第１実施形態の変形例におけるＺ方向から見た光学素子の平面構造を示す平面図である。
【図１７】第１実施形態の変形例におけるＺ方向から見た光学素子の平面構造を示す平面図である。
【図１８】第１実施形態の変形例における製造方法の１つの工程を示す工程図である。
【図１９】第１実施形態の変形例における製造方法の１つの工程を示す工程図である。
【図２０】第１実施形態の変形例における製造方法の１つの工程を示す工程図である。
【図２１】第１実施形態の変形例における製造方法の１つの工程を示す工程図である。
【図２２】本発明の光学素子を具体化した第２実施形態における光学素子の斜視構造を示す斜視図である。
【図２３】第２実施形態における光学素子のＺ−Ｙ平面に沿う断面構造を示す断面図である。
【図２４】第２実施形態における光学素子のＺ−Ｘ平面に沿う断面構造を示す断面図である。
【図２５】第２実施形態における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図２６】第２実施形態における光学素子に入射した光の反射による光学的な効果を説明するための作用図である。
【図２７】第２実施形態における光学素子に入射した光の透過による光学的な効果を説明するための作用図である。
【図２８】本発明の光学素子を具体化した第３実施形態における光学素子の斜視構造を示す斜視図である。
【図２９】第３実施形態における光学素子のＺ−Ｙ平面に沿う断面構造の一部を示す部分断面図である。
【図３０】第３実施形態における光学素子のＺ−Ｘ平面に沿う断面構造を示す断面図である。
【図３１】第３実施形態における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図３２】第３実施形態における光学素子に入射した光の反射による光学的な効果を説明するための作用図である。
【図３３】第３実施形態における光学素子に入射した光の透過による光学的な効果を説明するための作用図である。
【図３４】本発明の光学素子を具体化した第４実施形態における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図３５】第４実施形態の変形例における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図３６】第４実施形態の変形例における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図３７】本発明を具体化した第５実施形態における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図３８】第５実施形態の変形例における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図３９】第５実施形態の変形例における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図４０】第５実施形態の変形例における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図４１】本発明を具体化した第６実施形態における光学素子をＺ軸方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図４２】第６実施形態の変形例における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図４３】本発明を具体化した第７実施形態における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【図４４】第７実施形態の変形例における光学素子をＺ方向から見た平面構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
［第１実施形態］
図１から図１０を参照して光学素子を具体化した第１実施形態を説明する。以下では、光学素子の構成、光学素子の作用、および、光学素子の製造方法を順番に説明する。
【００３３】
［光学素子の構成］
図１から図４を参照して光学素子の構成を説明する。図１および図４では、光学素子の構成を説明する便宜上、光学素子の有する反射部の上に形成された上側透明樹脂層の図示が省略されている。また、図１および図４では、下側透明樹脂層に対する反射部の位置を分かりやすくするために、反射部の各々にはドットが付されている。そして、図１では、図示の便宜上、下側透明樹脂層の表面に形成された凹凸構造の図示が省略されている。
【００３４】
図１が示すように、光学素子１０は、上側透明樹脂層と、下側透明樹脂層１１と、下側透明樹脂層１１の１つの面である表面１１ｓと、上側透明樹脂層と下側透明樹脂層１１との間に形成された複数の反射部１２を備えている。光学素子１０は、複数の透過部１３を備え、各透過部１３は、上側透明樹脂層のうち、２つの反射部１２によって挟まれた第１部分と、下側透明樹脂層１１のうち、２つの反射部１２によって挟まれた第２部分であって、第１部分と対向する第２部分とによって構成される。光学素子１０は、複数の反射部１２と複数の透過部１３とから構成される透過回折部２０を備えている。
【００３５】
反射部１２は、可視光を反射する部分であり、少なくとも４００ｎｍから７００ｎｍの波長の一部を反射する。反射部１２の透過率は、３０％未満であることが好ましい。一方で、透過部１３は、少なくとも４００ｎｍから７００ｎｍの波長の一部を透過し、透過部１３の透過率は、７０％以上であることが好ましい。
【００３６】
反射部１２の形成材料には、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、および、Ａｇなどの金属の単体、または、これら金属の群に含まれる各金属の化合物、例えば、酸化物などが用いられる。これらの形成材料のうち、溶解、腐食、あるいは、変質などにより反射率や透明性が変わる形成材料を用いることが好ましい。また、上述した金属の群、および、金属化合物の群に含まれる２つ以上の形成材料が用いられてもよい。
【００３７】
反射部１２の形成材料を溶解することで反射率または透過率を変える方法には、例えば、上述した金属の群、および、金属酸化物の群に含まれる形成材料に対してエッチング処理を行う方法を用いることができる。エッチング処理には、酸、アルカリ、有機溶剤、酸化剤、および、還元剤などの処理剤を用いることができる。
【００３８】
反射部１２の形成材料を変質させて反射率または透過率を変える方法には、例えば、銅を酸化剤により酸化させて酸化第一銅に変える方法、あるいは、アルミニウムを酸化剤によって酸化させてベーマイトに変える方法などを用いることができる。
【００３９】
反射部１２の形成材料には、上述した金属の群、および、金属化合物の群に含まれる材料の選択が可能であり、また、これらの形成材料には、上述した各種の処理が行われてもよい。こうした形成材料や処理の選択は、光学素子１０に必要とされる光学特性、耐候性、および、層間密着性などの実用的な耐久性に基づいて行われればよい。
【００４０】
なお、反射部１２を形成するための薄膜は、均一な表面密度で形成されることが好ましいため、反射部１２を形成するための薄膜の形成には、ドライコーティング法が用いられることが好ましい。ドライコーティング法には、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの方法を採用することができる。
【００４１】
反射部１２の形成材料は、上述した金属光沢や所定の色を有する形成材料に限らず、透明な形成材料であってもよい。以下に透明な形成材料を列記する。反射部１２の形成材料は、例えば、Ｓｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｄＳ、ＣｅＯ２、ＺｎＳ、ＰｂＣｌ２、ＣｄＯ、Ｓｂ２Ｏ３、ＷＯ３、ＳｉＯ、Ｓｉ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＰｂＯ、Ｔａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ｓｉ２Ｏ２、ＭｇＦ２、ＣｅＦ３、ＣａＦ２、ＡｌＦ３、Ａｌ２Ｏ３、および、ＧａＯなどである。
【００４２】
なお、反射部１２の透明な形成材料は、有機ポリマーであってもよい。反射部１２の形成材料としての有機ポリマーは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメチルメタクリレート、および、ポリスチレンなどである。
【００４３】
また、反射部１２の形成材料は、高屈折樹脂や高屈折フィラーを分散した反射インクであってもよい。反射部１２の形成材料は、上述した形成材料のうち、光学素子１０に求められる反射特性や耐性に応じて選択されればよい。
【００４４】
透過部１３、すなわち、透過部１３を構成する上側透明樹脂層、および、下側透明樹脂層１１の形成材料には、上述した透過率を満たす各種の樹脂が用いられればよく、例えば、熱硬化性樹脂、および、紫外線硬化性樹脂などを用いることができる。上側透明樹脂層、および、下側透明樹脂層１１は、上述した透過率を満たす範囲であれば、マット処理されていてもよいし、白色を有していてもよい。
【００４５】
下側透明樹脂層１１は、例えば、１つの方向であるＸ方向と、Ｘ方向と直交するＹ方向とに沿って２次元的に拡がる矩形板形状を有している。複数の反射部１２の各々は、１つの方向であるＹ方向に沿って延びる帯形状を有し、複数の反射部１２は、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並んでいる。複数の透過部１３の各々は、反射部１２と同じくＹ方向に沿って延びる帯形状を有し、複数の透過部１３は、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並んでいる。
【００４６】
図２が示すように、光学素子１０は、さらに、下側透明樹脂層１１における表面１１ｓと各反射部１２との間に１つずつ位置する複数の保護部１４を備えている。複数の保護部１４の各々は、反射部１２と同様、Ｙ方向に沿って延びる帯形状を有し、複数の保護部１４は、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並んでいる。各保護部１４の全体は、Ｚ方向から見て、１つの反射部１２の全体に重なっている。保護部１４は、光学素子１０が製造されるとき、反射部１２を摩耗や薬品による腐食から保護する。
【００４７】
そのため、保護部１４における摩耗に対する耐性や薬品に対する耐性は、反射部１２における摩擦に対する耐性や薬品に対する耐性以上であることが好ましい。なお、保護部１４における摩擦に対する耐性や薬品に対する耐性が、反射部１２における摩擦に対する耐性や薬品に対する耐性よりも低いとしても、反射部１２の１つの面を覆う以上は、反射部１２を保護する機能を果たす。
【００４８】
保護部１４は、反射部１２がエッチングによって形成されるときのエッチングマスクとして機能してもよい。保護部１４がエッチングマスクとしての機能を有する場合には、保護部１４は、反射部１２を溶解する少なくとも一つの液状体に対して溶解しない特性、または、液状体に対する溶解速度が、反射部１２の溶解速度よりも低い特性を有していることが好ましい。
【００４９】
保護部１４を形成するための薄膜は、反射部１２と同様、均一な表面密度で形成されることが好ましい。保護部１４を形成するための薄膜の形成方法としては、真空蒸着法、ＣＶＤ法、および、スパッタリング法などのドライコーティング法を用いることができる。こうした形成方法によれば、保護部１４を形成するための薄膜の膜厚、成膜速度、積層数、および、光学膜厚などを制御することができる。なお、上述したドライコーティング法のうち、真空蒸着法によれば蒸着材料が直進性を有するため、他の方法と比べて、ドライコーティング法として真空蒸着法が採用されることが好ましい。
【００５０】
保護部１４の形成材料は、ドライコーティング法によって成膜の可能な材料であればよく、保護部１４の形成材料には、例えば、上述した反射部１２の形成材料である金属の群、および、金属化合物の群に含まれる少なくとも１つの形成材料を用いることができる。
【００５１】
また、保護部１４の形成材料は、反射部１２の形成材料と同様、透明な形成材料であってもよい。保護部１４の透明な形成材料は、例えば、Ｓｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、ＣｄＳ、ＣｅＯ２、ＺｎＳ、ＰｂＣｌ２、ＣｄＯ、Ｓｂ２Ｏ３、ＷＯ３、ＳｉＯ、Ｓｉ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＰｂＯ、Ｔａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ｓｉ２Ｏ２、ＭｇＦ２、ＣｅＦ３、ＣａＦ２、ＡｌＦ３、Ａｌ２Ｏ３、および、ＧａＯなどである。
【００５２】
なお、保護部１４の透明な形成材料は、有機ポリマーであってもよい。保護部１４の形成材料としての有機ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメチルメタクリレート、および、ポリスチレンなどである。
【００５３】
保護部１４がエッチングマスクとしての機能を有するとき、保護部１４は、フォトリソグラフィーによって所定の形状を有するパターンに加工されてもよい。この場合には、ネガレジスト、または、ポジレジストが保護部１４を形成するための薄膜に塗布された後、レジストに対してパターン露光が行われる。そして、レジストをエッチングマスクとする保護部１４を形成するための薄膜のエッチングが行われることによって、反射部１２を形成するための薄膜の一部に、エッチングマスクとしての機能を有する保護部１４が形成される。そして、保護部１４をエッチングマスクとするエッチング処理が反射部１２を形成するための薄膜に行われることにより、反射部１２が形成される。
【００５４】
光学素子１０は、上述のように、複数の反射部１２を覆う上側透明樹脂層１５を備えている。上側透明樹脂層１５は、透過回折部２０を摩擦や水分などから保護する。
上側透明樹脂層１５の１つの面であって、下側透明樹脂層１１と対向する面である裏面１５ｒは、Ｙ方向に沿って交互に並ぶ凸部１５ａと凹部１５ｂとを有している。ここでは、Ｚ方向において下側透明樹脂層１１に向けて突き出た部分が凸部１５ａであり、上側透明樹脂層１５の表面に向けて突き出た部分が凹部１５ｂである。Ｙ方向において相互に隣り合う凹部１５ｂと凸部１５ａとは、１つの反射単位部１６を構成し、複数の反射単位部１６におけるＹ方向に沿う長さには、複数の長さが含まれている。すなわち、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒは、凹部１５ｂと凸部１５ａとによって構成された非周期性の凹凸構造を備えている。
【００５５】
複数の凹部１５ｂには、Ｚ方向における凹部１５ｂの底部の位置が相互に異なる凹部１５ｂが含まれ、また、複数の凸部１５ａには、Ｚ方向における凸部１５ａの頂部の位置が相互に異なる凸部１５ａが含まれている。複数の凹部１５ｂ、および、複数の凸部１５ａの各々は、裏面１５ｒにおいて、Ｘ方向に沿って延びている。
【００５６】
複数の保護部１４の各々は、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒのうち、各保護部１４の位置する部分が有する凹凸構造にならう凹凸構造を備え、また、複数の反射部１２の各々は、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒのうち、各反射部１２の位置する部分が有する凹凸構造にならう凹凸構造を備えている。そのため、複数の保護部１４の各々は、上述したような裏面１５ｒと同等の非周期性の凹凸構造を備え、かつ、複数の反射部１２の各々は、上述したような裏面１５ｒと同等の非周期性の凹凸構造を備えている。それゆえに、反射部１２に対して上側透明樹脂層１５側から入射した光は、複数の反射部１２の各々によって散乱される。複数の反射部１２は、反射光としての散乱光を生じさせ、散乱光によって反射像を形成する。なお、反射部１２の各々は、反射部１２におけるＹ方向のほぼ全体に凹凸構造を備えているが、Ｙ方向における少なくとも一部に凹凸構造を備えていればよい。
【００５７】
図３は、Ｚ−Ｘ平面に沿う光学素子１０の断面形状を示している。上述したように、裏面１５ｒに形成された複数の凹部１５ｂには、Ｚ方向における凹部１５ｂの底部の位置が相互に異なる凹部１５ｂが含まれ、かつ、複数の凸部１５ａには、Ｚ方向における凸部１５ａの頂部の位置が相互に異なる凸部１５ａが含まれる。そのため、１つの保護部１４と１つの反射部１２との積層された構造を１つの積層構造とするとき、複数の積層構造には、Ｚ方向における位置が相互に異なる積層構造が含まれ、また、Ｚ方向における位置が相互に等しい積層構造が含まれてもよい。
【００５８】
図４が示すように、複数の反射部１２は、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並び、かつ、複数の透過部１３は、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並んでいる。Ｘ方向において相互に隣り合う１つの反射部１２と１つの透過部１３とが１つの透過周期部１７を構成し、透過周期部１７において、Ｘ軸に沿う幅が格子周期ｄである。
【００５９】
格子周期ｄが、０．２０μｍよりも大きく２０μｍ以下であるとき、透過回折部２０は、透過部１３の各々を透過する光を所定の方向に回折させた回折光によって、相互に異なる複数の色の各々の回折像を形成することができる。格子周期ｄは、透過回折部２０によって鮮やかな回折像を得る上では、０．３５μｍ以上であることが好ましい。また、回折像の視野角、すなわち、回折像の分散角を観察者によって視認される上で好ましい大きさとする上では、格子周期ｄは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、格子周期ｄが２０μｍを超えると、回折像の視野角が小さくなり、観察者の視認できる角度の範囲が狭くなる。
【００６０】
また、格子周期ｄが、可視光領域に含まれる光の波長よりも小さい透過型の回折格子は、サブ波長格子とよばれている。サブ波長格子は、特定の領域に含まれる波長を吸収する効果、および、特定の領域に含まれる波長を反射する効果を有し、さらに、入射光から偏光を分離する効果を有している。なお、サブ波長格子が、可視光領域に含まれる光、例えば、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光に対して偏光を分離する効果を有するためには、サブ波長格子の格子周期ｄは、以下の長さであることが好ましい。すなわち、格子周期ｄは、可視光波長の１／２未満の長さである０．１５μｍ以上０．３５μｍ未満の範囲に含まれることが好ましく、０．１５μｍ以上０．３０μｍ以下の範囲に含まれることがより好ましい。
【００６１】
そのため、格子周期ｄが０．２０μｍよりも大きく０．３５μｍ未満の範囲に含まれるとき、透過回折部２０は、反射部１２に対して垂直な成分である偏光のみを透過しつつ、可視光を回折させることができる。
【００６２】
［光学素子の作用］
図５および図６を参照して光学素子の作用を説明する。
図５が示すように、光学素子１０において、反射部１２に対して上側透明樹脂層１５側から光が入射するとき、非周期性の凹凸構造を有する各反射部１２は、様々な方向に入射光Ｌｉを反射する。すなわち、各反射部１２によって生じる反射光Ｌｒは散乱光である。そのため、入射光Ｌｉが白色の可視光であるとき、光学素子１０は、白色を有した散乱光を反射する。
【００６３】
一方で、図６が示すように、光学素子１０において、反射部１２に対して上側透明樹脂層１５側から光が入射するとき、入射光Ｌｉは、複数の透過部１３の各々から透過して、下側透明樹脂層１１において、表面１１ｓと対向する裏面から透過光Ｌｔとして射出される。このとき、透過回折部２０は、入射光Ｌｉに含まれる複数の波長の光の各々に依存した透過角度で回折させて、相互に異なる複数の色の各々の回折像を形成する。
【００６４】
これにより、例えば、光学素子１０の観察者は、光学素子１０の上側透明樹脂層１５と対向する平面視である反射観察では、反射部１２によって散乱された白色の散乱光を観察することができる。一方で、観察者は、光学素子１０の下側透明樹脂層１１と対向する平面視であって、かつ、光学素子１０を光源に対して透かして観察する透過観察では、透過回折部２０の回折した虹色を有する回折光を観察することができる。
【００６５】
［光学素子の製造方法］
図７から図１０を参照して光学素子の製造方法を説明する。
光学素子１０を製造するときには、まず、非周期性の凹凸構造を有した上側透明樹脂層１５の原版を作成する。原版は、電子線描画機を利用したフォトリソグラフィー法を用いて作成される。原版において、上側透明樹脂層１５のうち、反射部１２の位置する部位に対応する部分には、比表面積の相対的に小さい、すなわち、凹凸構造におけるアスペクト比の相対的に小さい非周期的な凹凸構造を形成する。一方で、原版において、上側透明樹脂層１５のうち、反射部１２の位置しない部位に対応する部分には、光を散乱させるための非周期的な凹凸構造よりも比表面積の相対的に大きい、すなわち、アスペクト比の相対的に大きい凹凸構造を形成する。
【００６６】
図７が示すように、上述した原版における表面の凹凸構造を複製することによって、非周期性の凹凸構造を有した上側透明樹脂層１５を形成する。上側透明樹脂層１５は、例えば、フォトポリマー法を用いて形成される。すなわち、上側透明樹脂層１５が形成されるときには、まず、原版に対して紫外線硬化樹脂が塗布され、そして、原版に塗布された紫外線硬化性樹脂に対して紫外線が照射されることで、紫外線硬化性樹脂が硬化される。次いで、硬化した紫外線硬化性樹脂が剥がされることで、非周期性の凹凸構造を有した上側透明樹脂層１５が形成される。
【００６７】
なお、上側透明樹脂層１５を形成する方法には、上述したフォトポリマー法に限らず、熱エンボス法、ホットコールドプレス法、フォトポリマー法、および、ナノインプリント法などの方法を用いることができる。
【００６８】
図８が示すように、上側透明樹脂層１５のうち、上述した凹凸構造を有する面の全体に対して、金属膜、例えば、アルミニウム膜１２Ｍが真空蒸着される。このとき、上側透明樹脂層１５の凹凸構造を有する面のうち、上述したアスペクト比の相対的に小さい部分には、所定の厚さを有したアルミニウム膜１２Ｍが成膜される一方で、アスペクト比の相対的に大きい部分には、アルミニウム膜１２Ｍがわずかにしか付着しない。しかも、上側透明樹脂層１５のうち、アスペクト比の相対的に大きい部分では、アルミニウム膜１２Ｍは、上側透明樹脂層１５の表面において、１つの方向に沿って延びる線状、あるいは、島状に形成される。
【００６９】
なお、アルミニウム膜１２Ｍを成膜するためのドライコーティング法には、真空蒸着法に限らず、上述したドライコーティング法のいずれかを用いることができる。
図９が示すように、アルミニウム膜１２Ｍの全体に対して、アルミニウム膜１２Ｍを保護するフッ化マグネシウムが真空蒸着される。これにより、アルミニウム膜１２Ｍと同様、上側透明樹脂層１５のうち、アスペクト比の相対的に小さい部分には、保護部１４となるフッ化マグネシウム膜１４Ｍが成膜される一方で、アスペクト比の相対的に大きい部分には、フッ化マグネシウム膜１４Ｍがほとんど成膜されない。しかも、上側透明樹脂層１５のうち、アスペクト比の相対的に大きい部分では、フッ化マグネシウム膜１４Ｍは、上側透明樹脂層１５の表面において、１つの方向に沿って延びる線状、あるいは、島状に形成される。
【００７０】
なお、フッ化マグネシウム膜１４Ｍを成膜するためのドライコーティング法には、真空蒸着法に限らず、上述したドライコーティング法のいずれかを用いることができる。
アルミニウム膜１２Ｍはアルカリ溶液に溶解する、すなわち、アルカリ溶液によるエッチングが可能である一方で、フッ化マグネシウム膜１４Ｍはアルカリ溶液に溶解しない。そのため、アルミニウム膜１２Ｍをアルカリ溶液によってウェットエッチングするときのマスクとしてフッ化マグネシウム膜１４Ｍを用いることができる。
【００７１】
図１０が示すように、アルミニウム膜１２Ｍと、フッ化マグネシウム膜１４Ｍとが形成された上側透明樹脂層１５がアルカリ溶液に漬けられる。これにより、線状、あるいは、島状に形成されたアルミニウム膜１２Ｍとフッ化マグネシウム膜１４Ｍとの積層構造では、アルミニウム膜１２Ｍがアルカリ溶液に接触することで、アルミニウム膜１２Ｍがアルカリエッチングされる。一方で、上側透明樹脂層１５のうち、上述したアスペクト比の相対的に小さい部分では、アルミニウム膜１２Ｍがフッ化マグネシウム膜１４Ｍによって保護されるため、アルカリ溶液によるエッチングが行われても、アルミニウム膜１２Ｍがエッチングされない。
【００７２】
こうした製造方法によれば、アルミニウム膜１２Ｍを保護するためのフッ化マグネシウム膜１４Ｍのパターニングを特に行わずとも、反射部１２に対応するアルミニウム膜１２Ｍのみがフッ化マグネシウム膜１４Ｍによって保護される。そのため、こうした製造方法によれば、上側透明樹脂層１５を形成するための原版において、原版の表面に位置する凹凸構造のアスペクト比を調節することによって、高解像度な反射部１２を任意の位置に形成することが可能である。
【００７３】
上述した製造方法では、保護部１４を形成するフッ化マグネシウム膜１４Ｍの厚さ、すなわち、Ｚ方向に沿う厚さは、反射部１２を形成するアルミニウム膜１２Ｍの厚さの半分以下であることが好ましい。例えば、アルミニウム膜１２Ｍの厚さが、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるとき、フッ化マグネシウム膜１４Ｍの厚さは、０．３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であって、かつ、フッ化マグネシウム膜１４Ｍの厚さが、アルミニウム膜１２Ｍの厚さの半分以下であることが好ましい。
【００７４】
このとき、上側透明樹脂層１５の表面のうち、アルミニウム膜１２Ｍを除去したい部分であって、光学素子１０の透過部１３を含む部分には、ごく薄いアルミニウム膜１２Ｍに対し、ごく薄いフッ化マグネシウム膜１４Ｍが形成される。一方で、上側透明樹脂層１５のうち、アルミニウム膜１２Ｍを残したい部分であって、光学素子１０の反射部１２に対応する部分では、反射部１２に対応するアルミニウム膜１２Ｍの溶解や変質から、アルミニウム膜１２Ｍを保護する機能を発現することの可能な程度のフッ化マグネシウム膜１４Ｍが形成される。
【００７５】
このように、反射部１２を形成するための薄膜の形成材料と膜厚、および、保護部１４を形成するための薄膜の形成材料と膜厚とが設定されることにより、以下の効果を得ることができる。すなわち、上側透明樹脂層１５における反射部１２に対応する部分と、透過部１３を含む反射部１２以外の部分に対応する部分とにおいて、反射部１２を形成するための金属膜におけるエッチング速度の差をより大きくすることができる。それゆえに、エッチングされるべき部分についてはエッチングされやすくなることで光学素子１０の生産性が高められ、かつ、エッチングされるべきでない部分については、所定の形状に保たれやすくなったり、変質が抑えられたりすることで、光学素子１０の品質が安定する。
【００７６】
反射部１２および保護部１４が形成された後、例えば、紫外線硬化性樹脂が、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒに塗布され、かつ、塗布された紫外線硬化性樹脂が硬化されることで、反射部１２および保護部１４を覆う下側透明樹脂層１１が形成される。なお、下側透明樹脂層１１を形成する工程は、省略されてもよい。
【００７７】
以上説明したように、第１実施形態の光学素子によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）１つの光学素子１０において、反射光Ｌｒによって得られる反射像に加えて、透過光Ｌｔによっても相互に異なる複数の色の各々の回折像が得られることで、１つの光学素子１０に対して、光学的な効果が付加される。
【００７８】
（２）光学素子１０において反射された光は、凹凸構造の散乱した散乱光である一方で、光学素子１０において透過された光は、透過回折部２０による回折光である。そのため、光学素子１０の反射した光と、光学素子１０の透過した光との差異が顕著になる。
【００７９】
（３）透過周期部１７における格子周期ｄが０．２０μｍよりも大きく０．３５μｍ未満であるとき、透過回折部２０に入射する可視光のうち、反射部１２に対して垂直な成分である偏光のみを透過しつつ、可視光を回折させることができる。
【００８０】
（４）透過周期部１７における格子周期ｄが０．３５μｍ以上２０μｍ以下であるとき、透過回折部２０に入射した可視光が、より確実に回折される。
［第１実施形態の変形例］
なお、上述した第１実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。また、以下に説明される図１３から図１７では、反射部１２を説明する便宜上、上側透明樹脂層１５の図示が省略されている。
【００８１】
・複数の反射部１２の各々は、Ｙ方向に沿って延びる帯形状ではなく、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有してもよい。こうした構成では、複数の反射部１２は、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並んでいればよい。あるいは、各反射部１２は、Ｙ方向に対して垂直以外の所定の角度で交差する延在方向に沿って延びる帯形状を有してもよく、こうした構成では、複数の反射部１２は、延在方向と直交する方向において等しい間隔を空けて並んでいればよい。
【００８２】
・上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒに位置する複数の凹部の各々、および、複数の凸部の各々は、Ｘ方向に沿って延びておらず、例えば、以下に記載する形状を有していてもよい。すなわち、複数の凹部の各々、および、複数の凸部の各々は、Ｙ方向に対して垂直以外の所定の角度で交差する方向に沿って延びていてもよい。
【００８３】
例えば、図１１が示すように、Ｙ方向に対して４５°の角度を形成する方向に沿って、複数の凹部１５ｂが延びていてもよい。こうした構成では、Ｘ方向において相互に隣り合う２つの凹部１５ｂによって挟まれる凸部１５ａも、Ｙ方向に対して４５°の角度を形成する方向に沿って延びている。なお、図１１では、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒの有する凹凸構造を説明する便宜上、上側透明樹脂層１５を図２の構成からＺ方向にて反転させた構成が示されている。
【００８４】
こうした上側透明樹脂層１５に形成された反射部１２を有する構成は、凸部１５ａの長手方向、すなわち、Ｙ方向に対して４５°の角度を形成する方向に指向性を有する散乱光を反射光Ｌｒとして生じさせる。このように、所定の方向に沿って延びる複数の凹部１５ｂ、および、複数の凸部１５ａから構成される裏面１５ｒを有した上側透明樹脂層１５を備える光学素子１０において、反射部１２は、所定の方向に指向性を有する散乱光を反射光として生じさせることが可能である。
【００８５】
・図１２が示すように、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒに位置する複数の凹部１５ｂにおいて、凹部１５ｂの延びる方向が相互に異なってもよく、複数の凸部１５ａにおいても、凸部１５ａの延びる方向が相互に異なってもよい。こうした上側透明樹脂層１５を有する光学素子１０は、図１１が示す上側透明樹脂層１５を有する光学素子１０とは異なり、入射光Ｌｉから、所定の指向性を有しない等方的な散乱光を反射光Ｌｒとして生じさせる。なお、図１２では、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒの有する凹凸構造を説明する便宜上、上側透明樹脂層１５を図２の構成からＺ方向にて反転させた構成が示されている。
【００８６】
光学素子１０では、上側透明樹脂層１５が、指向性を有する散乱光を散乱させる凹凸構造を有する部分と、入射光を等方的に散乱する凹凸構造を有する部分とを有することによって、光学素子１０によって得られる光学的な効果がより複雑になる。
【００８７】
・各反射部１２における複数の凹部と複数の凸部とは、Ｙ方向においてのみ交互に連続する構成ではなく、Ｙ方向において交互に連続し、かつ、Ｘ方向において交互に連続してもよい。
【００８８】
・図１３が示すように、複数の反射部１２において、Ｙ方向に沿う長さが相互に異なってもよい。複数の反射部１２において、例えば、Ｘ方向における１つの端に位置する反射部１２から、他の端に位置する反射部１２に向けて、Ｙ方向に沿う長さが次第に小さくなってもよい。あるいは、複数の反射部１２には、Ｙ方向に沿う長さが相互に異なる反射部１２が含まれ、複数の反射部１２は、Ｘ方向において、Ｙ方向に沿う長さに所定の規則性を有していない状態で並んでいてもよい。
【００８９】
・図１４が示すように、下側透明樹脂層１１の上方の全体、すなわち、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒの全体に１つの金属膜が形成され、金属膜に対して、複数の透過部１３が形成された構成でもよい。
【００９０】
こうした構成では、複数の透過部１３は、例えば、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並び、かつ、複数の透過部１３の各々は、Ｙ方向に沿って延びていればよい。あるいは、複数の透過部１３は、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並び、かつ、複数の透過部１３の各々は、Ｘ方向に沿って延びていてもよい。またあるいは、複数の透過部１３の各々は、Ｙ方向に対して所定の角度を形成する延在方向に沿って延び、かつ、複数の透過部１３は、延在方向と直交する方向において等しい間隔を空けて並んでいてもよい。
【００９１】
こうした構成では、透過部１３によって挟まれた部分が反射部１２ａとして機能し、かつ、複数の透過部１３を囲む部分も反射部１２ｂとして機能する。
・図１５が示すように、図１４が示す光学素子１０では、複数の透過部１３において、Ｙ方向に沿う長さが相互に異なってもよい。複数の透過部１３において、例えば、Ｘ方向における１つの端に位置する透過部１３から、他の端に位置する透過部１３に向けて、Ｙ方向に沿う長さが次第に小さくなってもよい。あるいは、複数の透過部１３には、Ｙ方向に沿う長さが相互に異なる透過部１３が含まれ、複数の透過部１３は、Ｘ方向において、Ｙ方向に沿う長さに所定の規則性を有していない状態で並んでいてもよい。
【００９２】
・図１６が示すように、矩形形状を有した複数の反射部１２を有し、複数の反射部１２が、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並び、かつ、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並ぶ構成であってもよい。また、こうした構成は、Ｘ方向において相互に隣り合う２つの反射部１２の間に位置して、かつ、Ｙ方向に沿って延びる透過部１３と、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部１２の間に位置して、かつ、Ｘ方向に沿って延びる透過部１３とを有している。Ｙ方向に沿って延びる複数の透過部１３の各々は、Ｘ方向に沿って延びる複数の透過部１３と直交している。
【００９３】
Ｘ方向において相互に隣り合う１つの反射部１２と１つの透過部１３とが第１回折周期部２１を構成し、第１回折周期部２１においてＸ方向に沿う幅が、第１格子周期ｄ１である。Ｙ方向において相互に隣り合う１つの反射部１２と１つの透過部１３とが第２回折周期部２２を構成し、第２回折周期部２２においてＹ方向に沿う幅が、第２格子周期ｄ２である。第１格子周期ｄ１と第２格子周期ｄ２とは、例えば、相互に等しい。なお、第１格子周期ｄ１と第２格子周期ｄ２とは相互に異なってもよい。
【００９４】
つまり、図１６が示す光学素子１０は、いわゆるクロスグレーティング構造を有する。こうした光学素子１０では、蛍光灯などの棒状光源を用いた透過観察が行われるとき、棒状光源の延びる方向とＸ方向が平行であるときと、棒状光源が延びる方向とＹ方向とが平行であるときとの両方にて、光学素子１０を透過した光が、虹色を有した回折光として射出される。
【００９５】
なお、複数の反射部１２は、Ｙ方向に沿って並び、かつ、Ｘ方向と所定の角度で交差する方向に沿って並んでいてもよいし、あるいは、Ｘ方向に沿って並び、かつ、Ｙ方向と所定の角度で交差する方向に沿って並んでもよい。またあるいは、反射部１２と透過部１３とが連続する方向が周期方向であるとき、光学素子１０は、３つ以上の相互に異なる周期方向の各々に沿って並ぶ反射部１２と透過部１３とを備える構成であってもよい。
【００９６】
・図１７が示すように、光学素子１０において、下側透明樹脂層１１の上方の全体、すなわち、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒの全体に１つの金属膜が形成され、金属膜に対して、複数の透過部１３が形成された構成でもよい。
【００９７】
こうした構成では、例えば、複数の透過部１３は、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並び、かつ、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並んでいる。そして、Ｘ方向において相互に隣り合う２つの透過部１３の間に位置して、かつ、Ｙ方向に沿って延びる反射部１２ａと、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの透過部１３の間に位置して、かつ、Ｘ方向に沿って延びる反射部１２ａとを有している。Ｙ方向に沿って延びる複数の反射部１２ａの各々は、Ｘ方向に沿って延びる複数の反射部１２ａと直交し、かつ、Ｘ方向に沿って延びる反射部１２の各々は、Ｙ方向に沿って延びる複数の透過部１３と直交している。また、複数の透過部１３の周囲を囲む金属膜も反射部１２ｂとして機能する。
【００９８】
Ｘ方向において相互に隣り合う１つの反射部１２ａと１つの透過部１３とが第１回折周期部２１を構成し、第１回折周期部２１においてＸ方向に沿う幅が、第１格子周期ｄ１である。Ｙ方向において相互に隣り合う１つの反射部１２ａと１つの透過部１３とが第２回折周期部２２を構成し、第２回折周期部２２においてＹ方向に沿う幅が、第２格子周期ｄ２である。第１格子周期ｄ１と第２格子周期ｄ２とは、例えば相互に等しい。なお、第１格子周期ｄ１と第２格子周期ｄ２とは相互に異なってもよい。
【００９９】
つまり、図１７が示す光学素子１０も、図１６が示す光学素子１０と同様、いわゆるクロスグレーティング構造を有する。図１７が示す光学素子１０において、図１６の示す光学素子１０の透過部１３の位置に反射部１２ａが位置し、かつ、図１６の示す光学素子１０の反射部１２の位置に透過部１３が位置していれば、図１７が示す光学素子１０は、図１６が示す光学素子１０と同じ光学的な効果を有する。
【０１００】
なお、複数の透過部１３は、Ｙ方向に沿って並び、かつ、Ｘ方向と所定の角度で交差する方向に沿って並んでもよいし、あるいは、Ｘ方向に沿って並び、かつ、Ｙ方向と所定の角度で交差する方向に沿って並んでもよい。またあるいは、反射部１２と透過部１３とが連続する方向が周期方向であるとき、光学素子１０は、３つ以上の相互に異なる周期方向の各々に沿って並ぶ反射部と透過部１３とを備える構成であってもよい。
【０１０１】
上述したように、図１７が示す光学素子１０は、図１６が示す光学素子１０と光学的な効果が等しい構造とすることも可能である。そのため、図１７が示す光学素子１０と図１６が示す光学素子１０とは、反射部１２の形成のしやすさに応じて選択されればよい。
【０１０２】
・光学素子１０は、保護部１４を有していなくてもよい。保護部１４を有していない光学素子１０は、例えば、以下の製造方法によって製造される。
光学素子１０を製造するときには、まず、上述した製造方法と同様、非周期性の凹凸構造を有した上側透明樹脂層１５の原版を作成する。原版の作成時には、例えば、ＳＵＳ板に対してサンドブラスト処理を行うことで、非周期性の凹凸構造をＳＵＳ板の表面に形成する。これにより、非周期性の凹凸構造を表面に有した原版を作成することができる。あるいは、原版の作成時には、レーザーや電子線などの描画機、すなわち、露光機を用いたフォトリソグラフィーによって、非周期性の凹凸構造を表面に有したレジスト膜を作成してもよい。これにより、非周期性の凹凸構造を表面に有した原版を作成することができる。そして、得られた原版に対して導通膜をドライコーティングした後に、電鋳によって実用版を形成してもよい。
【０１０３】
図１８が示すように、上述した原版における表面の凹凸構造を複製することによって、非周期性の凹凸構造を有した上側透明樹脂層１５を形成する。上側透明樹脂層１５は、例えば、フォトポリマー法を用いて形成される。
【０１０４】
なお、上側透明樹脂層１５を形成する方法には、上述したフォトポリマー法に限らず、熱エンボス法、ホットコールドプレス法、フォトポリマー法、および、ナノインプリント法などの方法を用いることができる。
【０１０５】
図１９が示すように、上側透明樹脂層１５のうち、非周期性の凹凸構造を有する面の全体に、反射部１２を形成するための金属膜、例えば、アルミニウム膜１２Ｍがドライコーティングされる。アルミニウム膜１２Ｍのドライコーティングには、上述した方法のいずれかを用いることができる。
【０１０６】
図２０が示すように、アルミニウム膜１２Ｍの全体にフォトレジストＰＲが塗布される。
図２１が示すように、レーザーを用いたパターン露光によって、アルミニウム膜１２Ｍのうち、反射部１２に対応した部分のフォトレジストＰＲを硬化させて、アルミニウム膜１２Ｍをエッチングするときのマスクが形成される。そして、フォトレジストＰＲのうち、硬化していない部分と、アルミニウム膜１２Ｍのうち、マスクの位置していない部分とがアルカリエッチングされることによって、反射部１２が形成される。
【０１０７】
なお、こうした製造方法によれば、保護部１４を有する光学素子１０を製造することも可能である。保護部１４を有する光学素子１０を製造するときには、フォトレジストＰＲを塗布する工程の前に、保護部１４を形成するための薄膜、例えば、フッ化マグネシウム膜が形成される。そして、フォトレジストＰＲの現像が行われた後であって、アルミニウム膜１２Ｍのアルカリエッチングの前に、フッ化マグネシウム膜のエッチングが行われる。
【０１０８】
光学素子１０は、上述した方法以外の方法によって製造されてもよく、例えば、水洗シーライト加工や、物理的に金属膜を除去する方法などによって製造されてもよい。このうち、水洗シーライト加工では、上側透明樹脂層１５のうち、透過部１３に対応する部分に水溶性樹脂を塗布した後に、反射部１２を形成するための金属膜をドライコーティングによって成膜する。そして、水溶性樹脂と金属膜とが形成された上側透明樹脂層１５を水洗することによって、水溶性樹脂と、水溶性樹脂の上に形成された金属膜とを除去する。
【０１０９】
これに対して、物理的に金属膜を除去する方法では、レーザーをパターン照射することなどによって、金属層のうち、透過部１３に対応する部分が物理的に除去される。
反射部１２が形成された後、例えば、紫外線硬化性樹脂が、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒに塗布され、かつ、塗布された紫外線硬化性樹脂が硬化されることで、反射部１２および保護部１４を覆う下側透明樹脂層１１が形成される。なお、下側透明樹脂層１１は省略されてもよい。
【０１１０】
なお、上述したように、保護部１４を有しない光学素子１０を製造する方法であれば、反射部１２は、上側透明樹脂層１５ではなく、下側透明樹脂層１１に形成されてもよい。この場合には、上側透明樹脂層１５が省略されてもよい。
【０１１１】
［第２実施形態］
図２２から図２７を参照して光学素子を具体化した第２実施形態を説明する。第２実施形態の光学素子は、第１実施形態の光学素子と比べて、反射部が入射光を散乱する点は共通しているものの、反射部において入射光を散乱させるための構造が異なる。そのため、以下では、こうした相違点を詳しく説明し、第１実施形態の光学素子と共通する構成には第１実施形態の光学素子と同じ符号を付すことによって、第１実施形態の光学素子と共通の構成の説明を省略する。そして、以下では、光学素子の構成、および、光学素子の作用を順番に説明する。
【０１１２】
［光学素子の構成］
図２２から図２５を参照して光学素子の構成を説明する。図２２および図２５では、光学素子の構成を説明する便宜上、上側透明樹脂層の図示が省略されている。また、図２２および図２５では、下側透明樹脂層に対する反射部の位置を分かりやすくするために、反射部の各々にはドットが付されている。そして、図２２では、図示の便宜上、下側透明樹脂層の表面に形成された凹凸構造の図示が省略されている。
【０１１３】
図２２が示すように、光学素子１０は、下側透明樹脂層１１の表面１１ｓにおける上方に形成された複数の反射部３１を備え、複数の反射部３１の各々は、Ｙ方向に沿って延びる帯形状を有し、複数の反射部３１は、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並んでいる。反射部３１は、表面１１ｓから離れる方向に突き出た半円筒面を備えている。なお、各反射部３１は、反射部３１におけるＹ方向の全体に半円筒面を備えているが、Ｙ方向における少なくとも一部に半円筒面を備えてもよい。また、各反射部３１は、反射部３１におけるＸ方向の全体にわたる半円筒面を備えているが、Ｘ方向における少なくとも一部に半円筒面を備えていてもよい。
【０１１４】
図２３が示すように、反射部３１の各々は半円筒面を備えているため、Ｚ−Ｙ平面に沿った１つの断面において、反射部３１は、Ｙ方向の全体にわたってＺ方向での位置が変わらない。また、保護部３２も同じく半円筒面を備えているため、Ｚ−Ｙ平面に沿った１つの断面において、保護部３２は、Ｙ方向の全体にわたってＺ方向での位置が変わらない。
【０１１５】
図２４が示すように、上側透明樹脂層１５のうち、下側透明樹脂層１１と接触する面が裏面１５ｒである。上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒは、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並ぶ複数の凹部１５ｂを有し、複数の凹部１５ｂの各々は、Ｙ方向に沿って延びる円筒面によって構成されている。
【０１１６】
各反射部３１は、１つの凹部１５ｂにならって形成されているため、各反射部３１は、凹部１５ｂの形状にならう半円筒面を備えている。また、各保護部３２は、反射部３１と同様、１つの凹部１５ｂにならって形成されているため、各保護部３２は、凹部１５ｂの形状にならう半円筒面を備えている。
【０１１７】
図２５が示すように、Ｘ方向において相互に隣り合う１つの反射部３１と１つの透過部１３とが１つの透過周期部３３を構成し、透過周期部３３における格子周期ｄは、第１実施形態の格子周期ｄと同様、０．２０μｍよりも大きく２０μｍ以下であることが好ましい。
【０１１８】
［光学素子の作用］
図２６および図２７を参照して光学素子の作用を説明する。
図２６が示すように、光学素子１０において、反射部３１に対して上側透明樹脂層１５側から光が入射するとき、上側透明樹脂層１５に向けて突き出た凸形状を有する各反射部３１は、入射光Ｌｉが入射した反射部３１の部位に応じた方向に入射光Ｌｉを反射する。すなわち、各反射部１２は、反射光Ｌｒとして散乱光を生じさせる。そのため、入射光Ｌｉが白色の可視光であるとき、光学素子１０は、白色を有した散乱光を反射する。
【０１１９】
一方で、図２７が示すように、光学素子１０において、反射部３１に対して上側透明樹脂層１５側から光が入射するとき、入射光Ｌｉは、複数の透過部１３の各々から透過して、下側透明樹脂層１１において、表面１１ｓと対向する裏面から透過光Ｌｔとして射出される。このとき、透過回折部２０は、入射光Ｌｉに含まれる複数の波長の光の各々に依存した角度で回折させて、相互に異なる複数の色の各々の回折像を形成する。
【０１２０】
これにより、例えば、光学素子１０の観察者は、反射観察では、反射部１２によって散乱された白色の散乱光を観察することができる。一方で、観察者は、透過観察では、透過回折部２０の回折した虹色を有する回折光を観察することができる。
【０１２１】
以上説明したように、第２実施形態の光学素子によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（５）光学素子１０において反射された光は、半円筒面の散乱した散乱光である一方で、光学素子１０において透過された光は、透過回折部２０による回折光である。そのため、光学素子１０の反射した光と、光学素子の透過した光との差異が顕著になる。
【０１２２】
［第２実施形態の変形例］
なお、上述した第２実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・複数の反射部３１の各々は、Ｙ方向に沿って延びる帯形状ではなく、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有してもよい。こうした構成では、複数の反射部３１は、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並んでいればよい。あるいは、各反射部３１は、Ｙ方向に対して垂直以外の所定の角度で交差する延在方向に沿って延びる帯形状を有してもよく、こうした構成では、複数の反射部３１は、延在方向と直交する方向において等しい間隔を空けて並んでいればよい。
【０１２３】
・複数の反射部３１において、Ｙ方向に沿う長さが相互に異なってもよい。複数の反射部３１において、例えば、Ｘ方向における１つの端に位置する反射部３１から、他の端に位置する反射部３１に向けて、Ｙ方向に沿う長さが次第に小さくなってもよい。あるいは、複数の反射部３１には、Ｙ方向に沿う長さが相互に異なる反射部３１が含まれ、複数の反射部３１は、Ｘ方向において、Ｙ方向に沿う長さに所定の規則性を有していない状態で並んでいてもよい。すなわち、図１３が示す第１実施形態の変形例の構成と、第２実施形態の反射部３１とを組み合わせた構成であってもよい。
【０１２４】
・光学素子１０において、下側透明樹脂層１１の上方の全体、すなわち、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒの全体に１つの金属膜が形成され、金属膜に対して、複数の透過部１３が形成された構成でもよい。すなわち、図１４が示す第１実施形態の変形例の構成と、第２実施形態の反射部３１とを組み合わせた構成であってもよい。
【０１２５】
・光学素子１０において、下側透明樹脂層１１の上方の全体、すなわち、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒの全体に１つの金属膜が形成され、金属膜に対して、複数の透過部１３が形成され、かつ、複数の透過部１３には、Ｙ方向に沿う長さが相互に異なる透過部１３が含まれる構成でもよい。すなわち、図１５が示す第１実施形態の変形例の構成と、第２実施形態の反射部３１とを組み合わせた構成であってもよい。
【０１２６】
・光学素子１０は、クロスグレーティング構造を有する構成であってもよい。すなわち、図１６が示す第１実施形態の変形例の構成と、第２実施形態における反射部３１とを組み合わせた構成、あるいは、図１７が示す第１実施形態の変形例の構成と、第２実施形態における反射部３１とを組み合わせた構成であってもよい。
【０１２７】
［第３実施形態］
図２８から図３３を参照して光学素子を具体化した第３実施形態を説明する。第３実施形態の光学素子は、第１実施形態の光学素子と比べて、反射部の構成、および、反射部によって得られる光学的な効果が異なる。そのため、以下では、こうした相違点を詳しく説明し、第１実施形態の光学素子と共通する構成には第１実施形態の光学素子と同じ符号を付すことによって、第１実施形態の光学素子と共通する構成の説明を省略する。そして、以下では、光学素子の構成、および、光学素子の作用を順番に説明する。
【０１２８】
［光学素子の構成］
図２８から図３１を参照して光学素子の構成を説明する。図２８および図３１では、光学素子の構成を説明する便宜上、上側透明樹脂層の図示が省略されている。また、図２８および図３１では、下側透明樹脂層に対する反射部の位置を分かりやすくするために、反射部の各々にはドットが付されている。そして、図２８では、図示の便宜上、下側透明樹脂層の表面に形成された凹凸構造の図示が省略されている。
【０１２９】
図２８が示すように、光学素子１０は、下側透明樹脂層１１の表面１１ｓにおける上方に形成された複数の反射部４１を備え、複数の反射部４１の各々は、Ｙ方向に沿って延びる帯形状を有し、複数の反射部４１は、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並んでいる。
【０１３０】
図２９が示すように、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒは、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並ぶ複数の凸部１５ａを有し、複数の凸部１５ａの各々は、Ｘ方向に沿って延び、かつ、Ｚ−Ｙ方向に沿う断面形状が矩形の突条である。複数の凸部１５ａにおいて、Ｚ方向において下側透明樹脂層１１の裏面１５ｒに向けて突き出た量が相互に等しい。
【０１３１】
各反射部４１は、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒにおいて、Ｙ方向に沿って延びる帯形状を有するため、各反射部４１は、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒのうち、各反射部４１の位置する部分に倣う構造を備えている。すなわち、各反射部４１は、反射部４１において下側透明樹脂層１１の裏面１１ｒに向けて突き出た部位である複数の凹部４１ａと、Ｚ方向において凹部４１ａよりも下側透明樹脂層１１の裏面１１ｒからの距離が大きい複数の凸部４１ｂとを備えている。
【０１３２】
反射部４１において、凹部４１ａと凸部４１ｂとがＹ方向に沿って交互に連続して並んでいる。すなわち、反射部４１は、Ｙ方向に沿った周期性を有した凹凸構造を備えている。反射部４１において、Ｙ方向において相互に隣り合う１つの凹部４１ａと１つの凸部４１ｂとが１つの反射周期部４３を構成し、反射周期部４３におけるＹ方向に沿う幅が、格子周期ｄｒである。なお、凹部４１ａと凸部４１ｂとは、反射部４１におけるＹ方向の全体において交互に連続しているが、Ｙ方向における一部において交互に連続していてもよい。
【０１３３】
格子周期ｄｒが、０．１５μｍ以上２０μｍ以下であるとき、反射部４１は、反射周期部４３によって回折された回折光によって、相互に異なる複数の色の各々の回折像を形成することができる。格子周期ｄｒは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、格子周期ｄｒが、０．５μｍ以上１０μｍ以下であるとき、格子周期ｄｒが他の大きさであるときと比べて、回折像の視野角がより大きくなる。
【０１３４】
また、格子周期ｄｒが、可視光領域に含まれる光の波長よりも小さいとき、反射部４１は、入射光から偏光を分離することができる。なお、サブ波長格子が、可視光領域に含まれる光、例えば、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光に対して偏光を分離する効果を有するためには、格子周期ｄｒは、以下の長さであることが好ましい。すなわち、格子周期ｄｒは、可視光波長の１／２未満の長さである０．１５μｍ以上０．３５μｍ未満の範囲に含まれることが好ましく、０．１５μｍ以上０．３０μｍ以下の範囲に含まれることがより好ましい。
【０１３５】
そのため、格子周期ｄｒが０．２０μｍよりも大きく０．３５μｍ未満の範囲に含まれるとき、反射部４１は、反射部４１に対して垂直な成分である偏光のみを反射しつつ、可視光を回折させることができる。
【０１３６】
各保護部４２は、反射部４１と同様、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒのうち、各保護部４２が位置する部分に倣う構造を備えている。
図３０は、Ｚ−Ｘ平面に沿う光学素子１０の断面形状を示している。上述したように、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒに形成された凸部１５ａは、Ｘ方向に沿って延び、かつ、Ｚ方向において下側透明樹脂層１１の裏面１１ｒに向けて突き出た量が相互に等しい。そのため、複数の反射部４１は、Ｚ方向における位置が相互に等しく、かつ、複数の保護部４２は、Ｚ方向における位置が相互に等しい。
【０１３７】
図３１が示すように、Ｘ方向において相互に隣り合う１つの反射部４１と１つの透過部１３とが１つの透過周期部４４を構成し、透過周期部４４における格子周期ｄｔは、第１実施形態の格子周期ｄと同様、０．２０μｍよりも大きく２０μｍ以下であることが好ましい。
【０１３８】
［光学素子の作用］
図３２および図３３を参照して光学素子の作用を説明する。
図３２が示すように、光学素子１０において、反射部４１に対して上側透明樹脂層１５側から光が入射するとき、反射型の回折格子として機能する各反射部４１が入射光Ｌｉを反射する。すなわち、各反射部４１は、回折光を反射光Ｌｒとして生じさせる。そのため、入射光Ｌｉが白色の可視光であるとき、各反射部４１は、虹色の光を有した回折光を反射光Ｌｒとして生じさせる。
【０１３９】
一方で、図３３が示すように、光学素子１０において、反射部４１に対して上側透明樹脂層１５側から光が入射するとき、入射光Ｌｉは、複数の透過部１３の各々から透過して、下側透明樹脂層１１において、表面１１ｓと対向する裏面１１ｒから透過光Ｌｔとして射出される。このとき、透過回折部２０は、入射光Ｌｉに含まれる複数の波長の光の各々に依存した角度で回折させて、相互に異なる複数の色の各々の回折像を形成する。
【０１４０】
これにより、光学素子１０の観察者は、反射観察では、反射部４１によって反射された虹色を有する回折光を観察することができる。一方で、観察者は、透過観察では、透過回折部２０の回折した虹色を有する回折光を観察することができる。
【０１４１】
なお、各反射部４１と、透過回折部２０とは、相互に同じ回折光を回折する構成でもよいし、相互に異なる回折光を回折する構成であってもよい。
以上説明したように、第３実施形態の光学素子によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
【０１４２】
（６）光学素子１０において反射された光と、光学素子１０において透過された光との両方が回折光になる。そのため、光学素子１０と同じ光学的な効果を得るためには、透過による回折光における回折の状態を光学素子と同じにすること、さらには、反射による回折光における回折の状態を光学素子と同じにすることが必要であることから、光学素子１０の模倣が難しくなる。
【０１４３】
（７）反射周期部４３の格子周期ｄｒが０．２０μｍよりも大きく０．３５μｍ未満であるとき、反射部４１に入射する可視光のうち、反射部４１に対して垂直な成分である偏光のみを反射しつつ、可視光を回折させることができる。
【０１４４】
（８）反射周期部４３の格子周期ｄｒが０．３５μｍ以上２０μｍ以下であるとき、反射部４１に入射した可視光が、より確実に回折される。
［第３実施形態の変形例］
なお、上述した第３実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
【０１４５】
・複数の反射部４１の各々は、Ｙ方向に沿って延びる帯形状ではなく、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有してもよい。こうした構成では、複数の反射部４１は、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並んでいればよい。あるいは、各反射部４１は、Ｙ方向に対して垂直以外の所定の角度で交差する延在方向に沿って延びる帯形状を有してもよく、こうした構成では、複数の反射部４１は、延在方向と直交する方向において等しい間隔を空けて並んでいればよい。
【０１４６】
・複数の反射部４１において、Ｙ方向に沿う長さが相互に異なってもよい。複数の反射部４１において、例えば、Ｘ方向における１つの端に位置する反射部４１から、他の端に位置する反射部４１に向けて、Ｙ方向に沿う長さが次第に小さくなってもよい。あるいは、複数の反射部４１には、Ｙ方向に沿う長さが相互に異なる反射部４１が含まれ、複数の反射部４１は、Ｘ方向において、Ｙ方向に沿う長さに所定の規則性を有していない状態で並んでいてもよい。すなわち、図１３が示す第１実施形態の変形例の構成と、第３実施形態の反射部４１とを組み合わせた構成であってもよい。
【０１４７】
・光学素子１０において、下側透明樹脂層１１の上方の全体、すなわち、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒの全体に１つの金属膜が形成され、金属膜に対して、複数の透過部１３が形成された構成でもよい。すなわち、図１４が示す第１実施形態の変形例の構成と、第３実施形態の反射部４１とを組み合わせた構成であってもよい。
【０１４８】
・光学素子１０において、下側透明樹脂層１１の上方の全体、すなわち、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒの全体に１つの金属膜が形成され、金属膜に対して、複数の透過部１３が形成され、かつ、複数の透過部１３には、Ｙ方向に沿う長さが相互に異なる透過部１３が含まれる構成でもよい。すなわち、図１５が示す第１実施形態の変形例の構成と、第３実施形態の反射部４１とを組み合わせた構成であってもよい。
【０１４９】
・光学素子１０は、クロスグレーティング構造を有する構成であってもよい。すなわち、図１６が示す第１実施形態の変形例の構成と、第３実施形態における反射部４１とを組み合わせた構成、あるいは、図１７が示す第１実施形態の変形例の構成と、第３実施形態における反射部４１とを組み合わせた構成であってもよい。
【０１５０】
・反射周期部４３を構成する凹部４１ａと凸部４１ｂとは、Ｙ方向において交互に連続して並んでいる。これに限らず、反射周期部４３を構成する凹部４１ａと凸部４１ｂとは、Ｘ方向において交互に連続して並び、かつ、Ｙ方向において交互に連続して並んでもよい。あるいは、反射周期部４３を構成する凹部４１ａと凸部４１ｂとは、Ｙ方向に対して垂直以外の所定の角度で交差する周期方向に沿って交互に連続して並び、かつ、周期方向と直交する方向に沿って交互に連続して並んでもよい。
【０１５１】
・光学素子１０は、反射周期部４３が第１周期部分であるとき、第１周期部分とは、周期性の相互に異なる凹凸構造を有した第２周期部分を有してもよい。なお、第２周期部分は、第１周期部分と比べて、格子周期、および、周期方向の少なくとも一方が異なればよい。
【０１５２】
こうした構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（９）光学素子１０において反射された光は、相互に状態の異なる２つの回折光の合成された光である分、光学的な効果の模倣が難しくなる。
【０１５３】
［第４実施形態］
図３４を参照して光学素子を具体化した第４実施形態を説明する。第４実施形態の光学素子は、第１実施形態の光学素子と比べて、１つの光学素子が光学的な効果の相互に異なる２つの素子部を有する点が異なる。そのため、以下では、こうした相違点を詳しく説明し、第１実施形態の光学素子と共通する構成には第１実施形態の光学素子と同じ符号を付すことによって、第１実施形態の光学素子と共通する構成の説明を省略する。そして、以下では、光学素子の構成、および、光学素子の作用を順番に説明する。
【０１５４】
［光学素子の構成］
図３４を参照して光学素子の構成を説明する。図３４では、光学素子の備える反射部と透過部とを説明する便宜上、上側透明樹脂層の図示が省略され、反射部にはドットが付されている。
【０１５５】
図３４が示すように、光学素子５０は、１つの下側透明樹脂層１１において区画された第１素子部５１と、第２素子部５２とを備えている。第１素子部５１は、第１実施形態の光学素子１０と同様、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並ぶ複数の反射部１２を備え、複数の反射部１２の各々は、Ｙ方向に沿って延びる帯形状を有している。反射部１２は、非周期性の凹凸構造を有し、第１素子部５１において、反射部１２の面積の和と、透過部１３を含む光を透過する部分の面積の和との比が、第１面積比Ｓ１である。
【０１５６】
反射部１２と透過部１３とは、Ｘ方向において交互に連続して並び、複数の反射部１２と複数の透過部１３とが透過回折部２０を構成し、透過回折部２０は、所定の格子周期ｄａを有している。反射部１２と透過部１３とが交互に連続する方向が周期方向であり、第１素子部５１における周期方向は、Ｘ方向に平行な方向である。
【０１５７】
一方で、第２素子部５２は、Ｙ方向に沿って等しい間隔を空けて並ぶ複数の反射部６１を備え、複数の反射部６１の各々は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。反射部６１は、散乱部の一例である。Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部６１に挟まれることで、反射部６１の間を埋める部分が透過部６２であり、複数の透過部６２は、反射部６１と同様、Ｙ方向に沿って等しい間隔を空けて並び、かつ、各透過部６２は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。透過部６２は、第２透過部の一例である。
【０１５８】
反射部６１は、第１素子部５１の反射部１２と同様、非周期性の凹凸構造を有している。第２素子部５２において、反射部６１の面積の和と、透過部６２を含む光を透過する部分の面積の和との比が、第２面積比Ｓ２であり、第２面積比Ｓ２は、例えば、第１面積比Ｓ１と等しい。なお、第１面積比Ｓ１と第２面積比Ｓ２とは、相互に異なる値であってもよい。
【０１５９】
反射部６１と透過部６２とは、Ｙ方向において交互に連続して並び、複数の反射部６１と複数の透過部６２とが透過回折部６０を構成し、透過回折部６０は、所定の格子周期ｄｂを有している。第２素子部５２の透過回折部６０における格子周期ｄｂは、第１素子部５１の透過回折部２０における格子周期ｄａと相互に等しい。反射部６１と透過部６２とが交互に連続する方向が周期方向であり、第２素子部５２における周期方向は、Ｙ方向に平行な方向である。すなわち、第２素子部５２における周期方向は、第１素子部５１における周期方向と直交する方向である。
【０１６０】
［光学素子の作用］
光学素子５０では、第１素子部５１における反射光と、第２素子部５２における反射光との両方が散乱光であるため、入射光が白色の可視光であるとき、反射観察では、第１素子部５１および第２素子部５２の双方において、白色光が観察される。
【０１６１】
反射部１２に対して上側透明樹脂層１５側から、点光源の射出する光をＺ方向に沿って光学素子５０に入射させると、透過観察では、第１素子部５１、および、第２素子部５２の双方において、各素子部の視野角にて虹色を有した回折光が観察される。
【０１６２】
一方で、反射部に対して上側透明樹脂層１５側から、Ｙ方向に沿って延びる棒状光源、例えば蛍光灯の射出する光をＺ方向に沿って光学素子５０に入射させると、透過観察では、第１素子部５１において虹色を有した回折光が観察される一方で、第２素子部５２では回折光が観察されない。
【０１６３】
ここで、点光源の射出する光はほぼ平行光であるため、透過回折部の周期方向にかかわらず、各波長に応じた分散角で回折光が散乱することによって、虹色を有した回折光が観察される。一方で、棒状光源は、１つの方向に沿って延びる光源であって、入射角が大きいため、棒状光源の延びる方向と交差する方向に沿って延びる反射部と透過部とを有した透過回折部では、各波長の回折光が混合し、虹色を有した回折光が観察されない。
【０１６４】
それゆえに、棒状光源の延びる方向と平行な方向に延びる透過部１３を有した第１素子部５１では、虹色を有した回折光が観察されるものの、棒状光源の延びる方向に対して垂直な方向に延びる透過部６２を有した第２素子部５２では、虹色を有した回折光が観察されない。
【０１６５】
ただし、光学素子５０がＺ方向を中心として９０°回転すると、第２素子部５２の透過部６２が、棒状光源の延びる方向と平行な方向に沿って延びる一方、第１素子部５１の透過部１３が、棒状光源の延びる方向と垂直な方向に沿って延びる。これにより、上側透明樹脂層１５側から、光がＺ方向に沿って入射するとき、透過観察では、第２素子部５２において虹色を有した回折光が観察される一方で、第１素子部５１において虹色を有した回折光が観察されない。
【０１６６】
なお、図３４に示される光学素子５０において、反射部に対して上側透明樹脂層１５側から、Ｘ方向に沿って延びる棒状光源の射出する光をＺ方向に沿って入射した場合にも、透過観察では、第２素子部５２において虹色を有した回折光が観察される一方で、第１素子部５１において虹色を有した回折光が観察されない。
【０１６７】
以上説明したように、第４実施形態の光学素子によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１０）第１面積比Ｓ１と第２面積比Ｓ２とが相互に等しいため、第１素子部５１の散乱光の状態と、第２素子部５２の散乱光の状態とは、相互に等しくなりやすい。それゆえに、光学素子１０に対して光の反射する側では、第１素子部５１と第２素子部５２との境界は認識されにくい。一方で、第１素子部５１を透過した透過光と、第２素子部を透過した透過光とは相互に異なる。そのため、光学素子１０には、光学素子１０に対して光の反射する側と、光学素子１０に対して光の透過する側とで、光学素子１０から射出される光に含まれると認識される光の数が相互に異なるという光学的な効果がさらに付加される。
【０１６８】
（１１）第１素子部５１における透過回折部２０の周期方向と、第２素子部５２における透過回折部６０の周期方向とが直交する。そのため、棒状光源を用いた光学素子１０の観察では、第１素子部５１において透過による回折光が観察される条件と、第２素子部５２において透過による回折光が観察される条件とが相互に異なる。
【０１６９】
［第４実施形態の変形例］
なお、上述した第４実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。以下に説明される図３５および図３６では、光学素子の備える反射部と透過部とを説明する便宜上、上側透明樹脂層の図示が省略され、かつ、反射部にドットが付されている。
【０１７０】
・第１素子部５１の反射部１２、および、第２素子部５２の反射部６１の少なくとも一方が、円筒面によって構成されてもよい。すなわち、第１素子部５１の構成と、第２実施形態の反射部３１とを組み合わせてもよいし、第２素子部５２の構成と、第２実施形態の反射部３１とを組み合わせてもよい。あるいは、第１素子部５１の反射部１２が、上述した非周期性の凹凸構造を有する反射部と、円筒面から構成される反射部との両方を含んでもよいし、第２素子部５２の反射部６１が、非周期性の凹凸構造を有する反射部と、円筒面から構成される反射部との両方を含んでもよい。
【０１７１】
・第１素子部５１の反射部１２が周期性の凹凸構造を有し、かつ、第２素子部５２の反射部６１が周期性の凹凸構造を有する構成でもよい。すなわち、第１素子部５１の構成と、第３実施形態の反射部４１とを組み合わせ、かつ、第２素子部５２の構成と、第３実施形態の反射部４１とを組み合わせた光学素子であってもよい。
【０１７２】
こうした構成では、反射観察において、反射部の有する周期的な凹凸構造に応じた回折光と、透過回折部の格子周期に応じた回折光とが観察される一方で、透過観察において、透過回折部を透過した回折光のみが観察される。そのため、光学素子５０において、反射部における格子周期と、透過回折部における格子周期とに基づき、反射観察では、２つの回折光の波長が混合することで、虹色を有した回折光が観察されない構成とすることも可能である。また、２つの回折光の各々における透過角度や波長などを極端に異ならせるように、反射部における格子周期と、透過回折部における格子周期とが設定されることで、２つの回折光の鮮やかな色調が観察される構成とすることも可能である。
【０１７３】
・第１素子部５１の反射部１２、および、第２素子部５２の反射部６１が、周期的な凹凸構造を有して回折光を反射する構成であるとき、第１素子部５１の反射部１２における格子周期と、第２素子部５２の反射部６１における格子周期とが相互に同じであってもよいし、相互に異なってもよい。また、第１素子部５１の反射部１２における周期方向と、第２素子部５２の反射部６１における周期方向とが、相互に同じであってもよいし、相互に異なってもよい。
【０１７４】
・第１素子部５１の反射部１２における格子周期と、第２素子部５２の反射部６１における格子周期とが相互に異なる構成、および、第１素子部５１の反射部１２における周期方向と、第２素子部５２の反射部６１における周期方向が相互に異なる構成では、以下のような光学素子５０とすることもできる。すなわち、第１素子部５１が反射光として生じさせる回折光と、第２素子部５２が反射光として生じさせる回折光との混合によって、光学素子５０から白色を有した反射光が射出される構成としてもよい。
【０１７５】
・第１素子部５１の反射部１２、および、第２素子部５２の反射部６１が、周期的な凹凸構造を有して回折光を反射する構成であるとき、以下のような構成であってもよい。すなわち、第１素子部５１および第２素子部５２の少なくとも一方において、複数の反射部には、凹凸構造における格子周期、および、周期方向の少なくとも一方が相互に異なる複数種類の反射部が含まれてもよい。
【０１７６】
・第１素子部５１の反射部１２、および、第２素子部５２の反射部６１の一方が、非周期性の凹凸構造を有して散乱光を反射し、かつ、他方が、周期性の凹凸構造を有して回折光を反射する構成でもよい。
【０１７７】
・図３５が示すように、図３４における反射部の位置と透過部の位置とが反転した構成であってもよい。すなわち、光学素子５０は、下側透明樹脂層１１の上方、すなわち、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒに形成された１つの金属膜を有し、１つの金属膜は、第１素子部５１と第２素子部５２との両方に跨っている。
【０１７８】
第１素子部５１は、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並ぶ複数の透過部１３を備え、複数の透過部１３の各々は、Ｙ方向に沿って延びる帯形状を有している。Ｘ方向において相互に隣り合う２つの透過部１３の間に反射部１２ａが位置している。
【０１７９】
反射部１２ａと透過部１３とは、Ｘ方向において交互に連続して並んで透過回折部２０を構成し、透過回折部２０は、所定の格子周期ｄａを有している。第１素子部５１では、金属膜のうち、複数の透過部１３の周囲を囲む部分も反射部１２ｂとして機能する。
【０１８０】
これに対して、第２素子部５２は、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並ぶ複数の透過部６２を備え、複数の透過部６２の各々は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。Ｙ方向において相互に隣り合う２つの透過部６２の間に反射部６１ａが位置している。
【０１８１】
反射部６１ａと透過部６２とは、Ｙ方向において交互に連続して並んで透過回折部６０を構成し、透過回折部６０は、所定の格子周期ｄｂを有している。第２素子部５２の格子周期ｄｂは、第１素子部５１の格子周期ｄａと等しい。第２素子部５２では、金属膜のうち、複数の透過部６２の周囲を囲む部分の反射部６１ｂとして機能する。
【０１８２】
光学素子５０の有する金属膜は、金属膜の面内において、同じ特性を有した非周期性の凹凸構造を有している。そのため、第１素子部５１の反射部１２が反射光として生じさせる散乱光と、第２素子部５２の反射部６１が反射光として生じさせる散乱光とは、相互に等しくなる。
【０１８３】
こうした光学素子５０によれば、第４実施形態の光学素子５０に準じた効果を得ることができる。
・図３５が示す光学素子５０では、金属膜のうち、第１素子部５１に位置する部分と、第２素子部５２に位置する部分とが、相互に異なる特性を有した非周期性の凹凸構造を有してもよい。
【０１８４】
・図３５が示す光学素子５０では、金属膜は、周期性の凹凸構造を有して、光学素子５０に入射した光から反射光として回折光を生じさせる構成でもよい。この場合には、金属膜は、第１素子部５１に位置する部分と第２素子部５２に位置する部分とで、同じ特性を有した周期性の凹凸構造を有してもよいし、異なる特性を有した周期性の凹凸構造を有してもよい。
【０１８５】
・図３６が示す光学素子５０は、図３５が示す光学素子５０と比べて、以下の点が異なる。すなわち、複数の透過部６２において、Ｘ方向に沿う長さが相互に異なる。複数の透過部６２において、例えば、Ｙ方向における１つの端に位置する透過部６２から、他の端に位置する透過部６２に向けて、Ｘ方向に沿う長さが次第に小さくなっている。そして、第１素子部５１は、第１素子部５１と第２素子部５２との境界を通るＺ−Ｘ平面を対称面とする第２素子部５２と面対称な構成を有している。
【０１８６】
なお、第２素子部５２の有する複数の透過部６２には、Ｘ方向に沿う長さが相互に異なる透過部６２が含まれ、複数の透過部６２は、Ｙ方向において、Ｘ方向に沿う長さに所定の規則性を有していない状態で並んでいてもよい。
【０１８７】
こうした構成では、第１素子部５１の備える反射部と、第２素子部５２の備える反射部とが、相互に同じ特性を有する非周期性の凹凸構造を有して、入射光を散乱する構成であってもよいし、相互に異なる特性を有する非周期性の凹凸構造を有して、入射光を散乱する構成であってもよい。あるいは、第１素子部５１の備える反射部と、第２素子部５２の備える反射部とが、相互に同じ特性を有する周期性の凹凸構造を有して、入射光を回折する構成でもよいし、相互に異なる特性を有する周期性の凹凸構造を有して、入射光を回折する構成でもよい。
【０１８８】
・光学素子５０では、第１素子部５１の備える複数の反射部１２においてＹ方向に沿う長さが相互に異なり、かつ、第２素子部５２の備える複数の反射部６１において、Ｙ方向に沿う長さが相互に異なってもよい。すなわち、光学素子５０の構成と、第１実施形態の変形例であって、図１３が示す光学素子１０の構成とを組み合わせてもよい。
【０１８９】
・光学素子５０において、図３４が示す光学素子５０における第１素子部５１の構成と、図３５が示す光学素子５０における第２素子部５２の構成とを組み合わせてもよい。あるいは、図３４が示す光学素子５０における第２素子部５２の構成と、図３５が示す光学素子５０における第１素子部５１の構成とを組み合わせてもよい。
【０１９０】
・光学素子５０は、第１素子部５１の備える透過回折部と、第２素子部５２の備える透過回折部とが相互に等しく、かつ、第１素子部５１の反射部における非周期的な凹凸構造と、第２素子部５２の反射部における非周期的な凹凸構造とが相互に異なる構成でもよい。こうした構成であっても、第１素子部５１によって得られる光学的な効果と、第２素子部５２によって得られる光学的な効果とを相互に異ならせることはできる。
【０１９１】
・光学素子は、第１素子部５１の備える透過回折部と、第２素子部５２の備える透過回折部とが相互に等しく、かつ、第１素子部５１の反射部における周期的な凹凸構造と、第２素子部５２の反射部における周期的な凹凸構造とにおいて、反射周期部における格子周期が相互に異なる構成でもよい。こうした構成であっても、第１素子部５１によって得られる光学的な効果と、第２素子部５２によって得られる光学的な効果とを相互に異ならせることはできる。
【０１９２】
［第５実施形態］
図３７を参照して光学素子を具体化した第５実施形態を説明する。第５実施形態の光学素子は、第４実施形態の光学素子と比べて、第１素子部の透過回折部における格子周期と、第２素子部の透過回折部における格子周期とが相互に異なる点が異なる。そのため、以下では、こうした相違点を詳しく説明し、第４実施形態の光学素子と共通する構成には第４実施形態の光学素子と同じ符号を付すことによって、第４実施形態の光学素子と共通する構成の説明を省略する。そして、以下では、光学素子の構成、および、光学素子の作用を順番に説明する。
【０１９３】
［光学素子の構成］
図３７を参照して光学素子の構成を説明する。図３７では、光学素子の備える反射部と透過部とを説明する便宜上、上側透明樹脂層の図示が省略され、反射部にはドットが付されている。
【０１９４】
図３７が示すように、光学素子５０は、第１素子部５１と第２素子部５２とを備えている。第１素子部５１は、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並ぶ複数の反射部７１を備え、複数の反射部７１の各々は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部７１の間に透過部７２が位置し、複数の透過部７２は、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並び、かつ、各透過部７２は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。反射部７１は、非周期性の凹凸構造を有し、第１素子部５１において、反射部７１の面積の和と、透過部７２を含む光を透過する部分の面積の和との比が、第１面積比Ｓ１である。
【０１９５】
反射部７１と透過部７２とは、Ｙ方向において交互に連続して並び、透過回折部７０を構成している。透過回折部７０において、相互に隣り合う反射部７１と透過部７２とが透過周期部７３を構成し、透過周期部７３は所定の格子周期ｄａを有している。
【０１９６】
一方で、第２素子部５２は、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並ぶ複数の反射部８１を備え、複数の反射部８１の各々は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部８１の間に透過部８２が位置し、複数の透過部８２は、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並び、かつ、各透過部８２は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。反射部８１は、第１素子部５１の反射部７１と同じ特性を有した非周期性の凹凸構造を有し、第２素子部５２において、反射部８１の面積の和と、透過部８２を含む光を透過する部分の面積の和との比が、第２面積比Ｓ２である。
【０１９７】
反射部８１と透過部８２とは、Ｙ方向において交互に連続して並び、透過回折部８０を構成している。透過回折部８０において、相互に隣り合う反射部８１と透過部８２とが透過周期部８３を構成し、透過周期部８３は、所定の格子周期ｄｂを有している。第２素子部５２の透過回折部８０における格子周期ｄｂは、第１素子部５１の透過回折部７０における格子周期ｄａよりも小さい。なお、第２素子部５２の透過回折部８０における格子周期ｄｂは、第１素子部５１の透過回折部７０における格子周期ｄａよりも大きくてもよい。
【０１９８】
［光学素子の作用］
光学素子５０において、第１面積比Ｓ１と第２面積比Ｓ２とが相互に等しいため、第１素子部５１によって反射された散乱光の強度と、第２素子部５２によって反射された散乱光の強度とが相互に等しい。しかも、第１素子部５１の反射部７１と、第２素子部５２の反射部８１とは、特性の相互に等しい非周期性の凹凸構造を有するため、反射観察において、第１素子部５１と第２素子部５２との境界が認識されにくい。
【０１９９】
一方で、第１素子部５１の透過回折部７０における格子周期ｄａと、第２素子部５２の透過回折部８０における格子周期ｄｂとが相互に異なる。そのため、第１素子部５１の透過回折部７０が入射光した光から透過光として生じさせる回折光と、第２素子部５２の透過回折部８０が入射した光から透過光として生じさせる回折光とが、相互に異なる。それゆえに、透過観察では、第１素子部５１と、第２素子部５２とにおいて、透過角度や分散角度が相互に異なる回折光が観察され、第１素子部５１と第２素子部５２との境界が認識されやすい。
【０２００】
以上説明したように、第５実施形態の光学素子によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１２）第１素子部５１の透過回折部７０と、第２素子部５２の透過回折部８０とにおいて、格子周期が相互に異なるため、透過回折部ごとに相互に異なる回折光が得られる。
【０２０１】
［第５実施形態の変形例］
なお、上述した第５実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。以下に説明される図３８から図４０では、光学素子の備える反射部と透過部とを説明する便宜上、上側透明樹脂層の図示が省略され、かつ、反射部にドットが付されている。
【０２０２】
・第１素子部５１における第１面積比Ｓ１と、第２素子部５２における第２面積比Ｓ２とが相互に異なってもよい。
・第１素子部５１の反射部７１と、第２素子部５２の反射部８１とは、非周期性の凹凸構造を有する構成ではなく、周期性の凹凸構造を有して、反射光として回折光を生じさせる構成でもよい。こうした構成であっても、第１素子部５１の反射部７１と、第２素子部の反射部７１とが、相互に同じ特性を有する周期性の凹凸構造を有していれば、第１素子部５１において反射光として生じる回折光と、第２素子部５２において反射光として生じる回折光とが相互に等しくなる。そのため、第１素子部５１と第２素子部５２との境界が認識されにくくはなる。
【０２０３】
・図３８が示すように、光学素子５０は、図３７における反射部の位置と透過部の位置とが反転した構成であってもよい。すなわち、光学素子５０は、下側透明樹脂層１１の上方、つまり、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒに形成された１つの金属膜を有し、１つの金属膜は、第１素子部５１と、第２素子部５２との両方に跨っている。
【０２０４】
第１素子部５１は、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並ぶ複数の透過部７２を備え、複数の透過部７２の各々は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。反射部７１ａは、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの透過部７２の間に位置している。
【０２０５】
反射部７１ａと透過部７２とは、Ｙ方向において交互に連続して並んで透過回折部７０を構成し、透過回折部７０のうち、相互に隣り合う反射部７１ａと透過部７２とが透過周期部７３を構成し、透過周期部７３は、所定の格子周期ｄａを有している。第１素子部５１では、金属膜のうち、複数の透過部７２の周囲を囲む部分も反射部７１ｂとして機能する。
【０２０６】
これに対して、第２素子部５２は、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並ぶ複数の透過部８２を備え、複数の透過部８２の各々は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。反射部８１ａは、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの透過部８２の間に位置している。
【０２０７】
反射部８１ａと透過部８２とは、Ｙ方向において交互に連続して並んで透過回折部８０を構成し、透過回折部８０のうち、相互に隣り合う反射部８１ａと透過部８２とが透過周期部８３を構成し、透過周期部８３は、所定の格子周期ｄｂを有している。第２素子部５２の格子周期ｄｂは、第１素子部５１の格子周期ｄａよりも小さい。第２素子部５２では、金属膜のうち、複数の透過部８２の周囲を囲む部分も反射部８１ｂとして機能する。
【０２０８】
こうした構成によっても、第４実施形態の光学素子５０に準じた効果を得ることができる。
・図３９が示すように、光学素子５０は、クロスグレーティング構造を有してもよい。すなわち、光学素子５０は、第１素子部５１と、第２素子部５２とを備えている。第１素子部５１において、矩形形状を有した複数の反射部９１が、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並び、かつ、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並んでいる。そして、透過部９２は、Ｘ方向において相互に隣り合う２つの反射部９１の間に位置して、Ｙ方向に沿って延び、また、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部９１の間に位置して、Ｘ方向に沿って延びている。
【０２０９】
反射部９１と透過部９２とは、Ｘ方向において交互に連続して並び、かつ、Ｙ方向において交互に連続して並んでいる。これにより、複数の反射部９１と複数の透過部９２とが、透過回折部９０を構成している。また、Ｘ方向において相互に隣り合う反射部９１と透過部９２とが透過周期部９３を構成し、Ｙ方向において相互に隣り合う反射部９１と透過部９２とが透過周期部９３を構成している。透過回折部９０において、Ｘ方向と平行な周期方向での格子周期と、Ｙ方向と平行な周期方向での格子周期とが相互に等しく、各格子周期は、所定の格子周期ｄａである。
【０２１０】
一方で、第２素子部５２において、矩形形状を有した複数の反射部１０１が、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並び、かつ、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並んでいる。そして、透過部１０２は、Ｘ方向において相互に隣り合う２つの反射部１０１の間に位置して、Ｙ方向に沿って延び、また、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部１０１の間に位置してＸ方向に沿って延びている。
【０２１１】
反射部１０１と透過部１０２とは、Ｘ方向において交互に連続して並び、かつ、Ｙ方向において交互に連続して並んでいる。これにより、複数の反射部１０１と複数の透過部１０２とが、透過回折部１００を構成している。また、Ｘ方向において相互に隣り合う反射部１０１ａと透過部１０２とが透過周期部１０３を構成し、Ｙ方向において相互に隣り合う反射部１０１と透過部１０２とが透過周期部１０３を構成している。透過回折部１００において、Ｘ方向と平行な周期方向での格子周期と、Ｙ方向と平行な周期方向での格子周期とが相互に等しく、各格子周期は、所定の格子周期ｄｂである。第２素子部５２の透過回折部１００における格子周期ｄｂは、第１素子部５１の透過回折部９０における格子周期ｄａよりも小さい。
【０２１２】
こうした光学素子５０によれば、反射観察では、第１素子部５１と第２素子部５２との境界が認識されにくい一方で、透過観察では、第１素子部５１の透過による回折光と、第２素子部５２の透過による回折光とが相互に異なるため、第１素子部５１と第２素子部５２との境界が認識されやすい。
【０２１３】
・図４０が示すように、光学素子５０は、図３９における反射部の位置と透過部の位置とが反転した構成であってもよい。すなわち、光学素子５０は、下側透明樹脂層１１の上方、つまり、上側透明樹脂層１５の裏面１５ｒに形成された１つの金属膜を有し、１つの金属膜は、第１素子部５１と、第２素子部５２との両方に跨っている。
【０２１４】
第１素子部５１において、矩形形状を有した複数の透過部９２が、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並び、かつ、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並んでいる。反射部９１ａは、Ｘ方向において相互に隣り合う２つの透過部９２の間に位置して、Ｙ方向に沿って延び、また、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの透過部９２の間に位置して、Ｘ方向に沿って延びている。金属膜のうち、複数の透過部９２の周囲を囲む部分も反射部９１ｂとして機能する。
【０２１５】
反射部９１ａと透過部９２とは、Ｘ方向において交互に連続して並び、かつ、Ｙ方向において交互に連続して並んでいる。これにより、複数の反射部９１ａと複数の透過部９２とが、透過回折部９０を構成している。また、Ｘ方向において相互に隣り合う反射部９１ａと透過部９２とが透過周期部９３を構成し、Ｙ方向において相互隣り合う反射部９１ａと透過部９２とが透過周期部９３を構成している。透過回折部９０において、Ｘ方向と平行な周期方向での格子周期と、Ｙ方向と平行な方向での格子周期とが相互に等しく、各格子周期は、所定の格子周期ｄａである。
【０２１６】
一方で、第２素子部５２において、矩形形状を有した複数の透過部１０２が、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並び、かつ、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並んでいる。反射部１０１ａは、Ｘ方向において相互に隣り合う２つの透過部１０２の間に位置して、Ｙ方向に沿って延び、また、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの透過部１０２の間に位置して、Ｘ方向に沿って延びている。金属膜のうち、複数の透過部９２の周囲を囲む部分の反射部１０１ｂとして機能する。
【０２１７】
反射部１０１ａと透過部１０２とは、Ｘ方向において交互に連続して並び、かつ、Ｙ方向において交互に連続して並んでいる。これにより、複数の反射部１０１と複数の透過部１０２とが、透過回折部１００を構成している。また、Ｘ方向において相互に隣り合う反射部１０１ａと透過部１０２とが透過周期部１０３を構成し、Ｙ方向において相互に隣り合う反射部１０１ａと透過部１０２とが透過周期部１０３を構成している。透過回折部１００において、Ｘ方向と平行な周期方向での格子周期と、Ｙ方向と平行な方向での格子周期とが相互に等しく、各格子周期は、所定の格子周期ｄｂである。第２素子部５２の透過回折部１００における格子周期ｄｂは、第１素子部５１の透過回折部９０における格子周期ｄａよりも小さい。
【０２１８】
そのため、こうした構成によっても、図３９に示される光学素子５０に準じた効果を得ることができる。
・光学素子５０は、第４実施形態の構成と組み合わせてもよい。すなわち、第１素子部５１の透過回折部７０における周期方向と、第２素子部５２の透過回折部８０における周期方向とが相互に異なってもよい。
【０２１９】
［第６実施形態］
図４１を参照して光学素子を具体化した第６実施形態を説明する。第６実施形態の光学素子は、第４実施形態の光学素子と比べて、１つの光学素子を構成する素子部の数が異なる。そのため、以下では、こうした相違点を詳しく説明し、第４実施形態の光学素子と共通する構成には第４実施形態の光学素子と同じ符号を付すことによって、第４実施形態の光学素子と共通する構成の説明を省略する。そして、以下では、光学素子の構成、および、光学素子の作用を順番に説明する。
【０２２０】
［光学素子の構成］
図４１を参照して光学素子の構成を説明する。図４１では、光学素子の備える反射部と透過部とを説明する便宜上、上側透明樹脂層の図示が省略され、反射部にはドットが付されている。
【０２２１】
図４１が示すように、光学素子１１０は、下側透明樹脂層１１に区画された第１素子部１１１、第２素子部１１２、および、第３素子部１１３を備えている。第１素子部１１１は、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並ぶ複数の反射部１２１を備え、複数の反射部１２１の各々は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部１２１の間に、透過部１２２が位置し、透過部１２２は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。反射部１２１と透過部１２２とは、Ｙ方向において交互に連続して並んで、透過回折部１２０を構成している。透過回折部１２０は、所定の格子周期ｄｃを有している。反射部１２１は、周期的な凹凸構造を有して、例えば、赤色を有した回折光を反射光として生じさせる。
【０２２２】
第２素子部１１２は、第１素子部１１１と同様、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並ぶ複数の反射部１３１を備え、複数の反射部１３１の各々は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部１３１の間に、透過部１３２が位置し、透過部１３２は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。反射部１３１と透過部１３２とは、Ｙ方向において交互に連続して並んで、透過回折部１３０を構成している。透過回折部１３０は、所定の格子周期ｄｄを有している。
【０２２３】
反射部１３１は、周期的な凹凸構造であって、かつ、第１素子部１１１の反射部１２１が備える周期的な凹凸構造とは異なる特性を有した凹凸構造を有している。反射部１３１は、例えば、緑色を有した回折光を反射光として生じさせる。
【０２２４】
第３素子部１１３は、第１素子部１１１と同様、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並ぶ複数の反射部１４１を備え、複数の反射部１４１の各々は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部１４１の間に、透過部１４２が位置し、透過部１４２は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。反射部１４１と透過部１４２とは、Ｙ方向において交互に連続して並んで、透過回折部１４０を構成している。透過回折部１４０は、所定の格子周期ｄｅを有している。第３素子部１１３における格子周期ｄｅ、第１素子部１１１における格子周期ｄｃ、および、第２素子部１１２における格子周期ｄｄは、相互に等しい。なお、３つの素子部において、格子周期は相互に等しくなくてもよい。
【０２２５】
反射部１４１は、周期的な凹凸構造であって、第１素子部１１１の反射部１２１における凹凸構造、および、第２素子部１１２の反射部１３１における凹凸構造の双方と異なる特性を有した凹凸構造を有している。反射部１４１は、例えば、青色を有した回折光を反射光として生じさせる。
【０２２６】
［光学素子の作用］
光学素子１１０において、各透過回折部に対する上側透明樹脂層１５側から光が入射したとき、第１素子部１１１は赤色の回折光を反射光として生じさせ、第２素子部１１２は緑色の回折光を反射光として生じさせ、かつ、第３素子部１１３は青色の回折光を反射光として生じさせる。そのため、光学素子５０から射出される反射光は、３つの回折光が混合した光であるため、白色を有した光になる。
【０２２７】
このように、非周期性の凹凸構造を有して散乱光を反射する反射部を備える構成や、円筒面を有して散乱光を反射する反射部を備える構成でなくとも、光学素子５０が白色を有した反射光を射出することができる。
【０２２８】
以上説明したように、第６実施形態の光学素子によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１３）光学素子１１０の３つの素子部が、相互に異なる周期的な凹凸構造によって相互に異なる回折光を反射光として生じさせることで、光学素子１１０が、白色を有した反射光を射出する。
【０２２９】
［第６実施形態の変形例］
なお、上述した第６実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。以下に説明される図４２では、光学素子の備える反射部と透過部との構成を説明する便宜上、上側透明樹脂層の図示が省略されている。
【０２３０】
・光学素子１１０は、回折光の混合によって白色を有する反射光を射出する構成でなくともよい。光学素子５０は、反射による光学的な効果、および、透過による光学的な効果の少なくとも一方が相互に異なる３つの素子部を有していればよい。
【０２３１】
・光学素子１１０は、３つ以上の素子部を有していればよく、例えば、４つの素子部を有してもよい。図４２が示すように、光学素子１１０は、下側透明樹脂層１１の上に区画された第１素子部１１１、第２素子部１１２、第３素子部１１３、および、第４素子部１１４を備えている。第１素子部１１１において、複数の反射部１２１がＸ方向において等しい間隔を空けて並び、複数の反射部１２１の各々が、Ｙ方向に沿って延びる帯形状を有している。第１素子部１１１では、Ｘ方向において相互に隣り合う２つの反射部１２１の間に、透過部１２２が位置し、透過部１２２は、Ｙ方向に沿って延びる帯形状を有している。
【０２３２】
反射部１２１と透過部１２２とは、Ｘ方向において交互に連続して並んで、透過回折部１２０を構成している。透過回折部１２０において、相互に隣り合う反射部１２１と透過部１２２とが透過周期部１２３を構成し、透過周期部１２３は、所定の格子周期ｄｃを有している。
【０２３３】
第２素子部１１２において、複数の反射部１３１がＹ方向において等しい間隔を空けて並び、複数の反射部１３１の各々が、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。第２素子部１１２では、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部１３１の間に、透過部１３２が位置し、透過部１３２は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。
【０２３４】
反射部１３１と透過部１３２とは、Ｙ方向において交互に連続して並んで、透過回折部１３０を構成している。透過回折部１３０において、相互に隣り合う反射部１３１と透過部１３２とが透過周期部１３３を構成し、透過周期部１３３は、所定の格子周期ｄｄを有し、格子周期ｄｄは、第１素子部１１１の透過回折部１２０における格子周期ｄｃと等しい。第２素子部１１２の透過回折部１３０における周期方向は、第１素子部１１１の透過回折部１２０における周期方向と直交している。
【０２３５】
第３素子部１１３において、複数の反射部１４１がＸ方向において等しい間隔を空けて並び、複数の反射部１４１の各々が、Ｙ方向に沿って延びる帯形状を有している。第３素子部１１３では、Ｘ方向において相互に隣り合う２つの反射部１４１の間に、透過部１４２が位置し、透過部１４２は、Ｙ方向に沿って延びる帯形状を有している。
【０２３６】
反射部１４１と透過部１４２とは、Ｘ方向において交互に連続して並んで、透過回折部１４０を構成している。透過回折部１４０において、相互に隣り合う反射部１４１と透過部１４２とが透過周期部１４３を構成し、透過周期部１４３は、所定の格子周期ｄｅを有している。透過回折部１４０の格子周期ｄｅは、第１素子部１１１の透過回折部１２０における格子周期ｄｃ、および、第２素子部１１２の透過回折部１３０における格子周期ｄｄの双方よりも大きい。
【０２３７】
第４素子部１１４において、複数の反射部１５１がＹ方向において等しい間隔を空けて並び、複数の反射部１５１の各々が、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。第４素子部１１４では、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部１５１の間に、透過部１５２が位置し、透過部１５２は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。
【０２３８】
反射部１５１と透過部１５２とは、Ｙ方向において交互に連続して並んで、透過回折部１５０を構成している。透過回折部１５０において、相互に隣り合う反射部１５１と透過部１５２とが透過周期部１５３を構成し、透過周期部１５３は、所定の格子周期ｄｆを有し、格子周期ｄｆは、第３素子部１１３の透過回折部１４０における格子周期ｄｅと等しい。第４素子部１１４の透過回折部１５０における周期方向は、第３素子部１１３の透過回折部１４０における周期方向と直交している。
【０２３９】
なお、各素子部の備える反射部は、非周期性の凹凸構造を有して散乱光を反射光として生じさせる反射部、円筒面を備えて散乱光を反射光として生じさせる反射部、および、周期性の凹凸構造を有して回折光を反射光として生じさせる反射部のいずれかであればよい。
【０２４０】
このように、光学素子５０の備える４つの素子部には、透過回折部における周期方向、および、格子周期の少なくとも一方が相互に異なる素子部が含まれる。そのため、１つの光学素子５０に対して、素子部の数の分だけ、相互に異なる複数の光学的な効果を付加することができる。それゆえに、反射観察されたときの光学的な効果、あるいは、透過観察されたときの光学的な効果を素子部ごとに異ならせることにより、複数の反射画像や、複数の透過画像を、散乱光や回折光によって光学素子５０に表示させることができる。
【０２４１】
・光学素子１１０の備える３つ以上の素子部のうち、少なくとも１つがクロスグレーティング構造を有してもよい。
・第６実施形態の光学素子１１０、および、第６実施形態の変形例の光学素子１１０の各々は、反射部の位置と透過部の位置とが反転した構造であってもよい。すなわち、第６実施形態の光学素子１１０、および、第６実施形態の変形例の光学素子１１０の各々の構成と、第１実施形態の変形例の構成であって、図１４が示す光学素子１０の構成とを組み合わせてもよい。
【０２４２】
［第７実施形態］
図４３を参照して光学素子を具体化した第７実施形態を説明する。第７実施形態の光学素子は、第４実施形態の光学素子と比べて、光学素子を構成する２つの素子部のうち、一方の素子部が回折光を透過光として生じさせない点が相互に異なる。そのため、以下では、こうした相違点を詳しく説明し、第４実施形態の光学素子と共通する構成には第４実施形態の光学素子と同じ符号を付すことによって、第４実施形態の光学素子と共通する構成の説明を省略する。そして、以下では、光学素子の構成、および、光学素子の作用を順番に説明する。
【０２４３】
［光学素子の構成］
図４３を参照して光学素子の構成を説明する。図４３では、光学素子の備える反射部と透過部とを説明する便宜上、上側透明樹脂層の図示が省略され、反射部にはドットが付されている。
【０２４４】
図４３が示すように、光学素子１６０は、第１素子部１６１と、第２素子部１６２とを備えている。第１素子部１６１では、複数の反射部１７１が、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並び、複数の反射部１７１の各々が、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。第１素子部１６１において、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部１７１の間に、透過部１７２が位置し、透過部１７２は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。反射部１７１と透過部１７２とは、Ｙ方向において交互に連続して並んで、透過回折部１７０を構成している。透過回折部１７０は、所定の格子周期ｄｇを有している。
【０２４５】
反射部１７１は、非周期性の凹凸構造を有して、散乱光を反射光として生じさせる。なお、反射部１７１は、円筒面を備えて、散乱光を反射光として生じさせる構成でもよい。第１素子部１６１において、反射部１７１の面積の和と、透過部１７２を含む光を透過する部分の面積との比が、第１面積比Ｓ１である。
【０２４６】
一方で、第２素子部１６２では、複数の反射部１８１が、Ｙ方向において不規則に並び、複数の反射部１８１の各々が、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。複数の反射部１８１には、Ｙ方向に沿う幅が相互に異なる反射部１８１が含まれている。第２素子部１６２では、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部１８１の間に、透過部１８２が位置し、複数の透過部１８２には、Ｙ方向に沿う幅が相互に異なる複数の透過部１８２が含まれている。複数の透過部１８２の各々は、Ｘ方向に沿って延びる帯形状を有している。反射部１８１と透過部１８２とは、Ｙ方向において交互に連続して並んでいる。
【０２４７】
反射部１８１は、非周期性の凹凸構造であって、第１素子部１６１の反射部１７１における非周期性の凹凸構造と同じ特性を有した凹凸構造を有して、散乱光を反射光として生じさせる。なお、反射部１８１は、円筒面を備えて、散乱光を反射光として生じさせる構成でもよい。第２素子部１６２において、反射部１８１の面積の和と、透過部１８２を含む光を透過する部分の面積との比が、第２面積比Ｓ２である。第１面積比Ｓ１と第２面積比Ｓ２とは、相互に等しい。
【０２４８】
［光学素子の効果］
第１素子部１６１における反射部１７１と、第２素子部１６２における反射部１８１とが、相互に同じ特性を有した非周期性を有する凹凸構造を備えている。しかも、第１素子部１６１の第１面積比Ｓ１と、第２面積比Ｓ２とが相互に等しい。そのため、反射部に対して上側透明樹脂層１５側から光が入射したとき、反射観察では、第１素子部１６１における散乱光と、第２素子部１６２における散乱光とが相互に等しく、第１素子部１６１と第２素子部１６２との境界が認識されにくい。一方で、第１素子部１６１の透過回折部１７０が、回折光を透過光として生じさせる一方、第２素子部１６２は、透過光として回折光を生じさせない。そのため、透過観察では、第１素子部１６１においてのみ、虹色を有した回折光が観察される。
【０２４９】
以上説明したように、第７実施形態の光学素子によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１４）第１素子部１６１を透過した透過光は、相互に異なる複数の色の各々の回折像を形成する回折光である一方で、第２素子部１６２を透過した光は白色光である。そのため、光学素子１６０を透過した２種類の透過光における違いが顕著になる。
【０２５０】
［第７実施形態の変形例］
なお、上述した第７実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・第１素子部１６１の反射部１７１と、第２素子部１６２の反射部１８１とは、周期性を有した凹凸構造を有して、回折光を反射光として生じさせる構成でもよい。こうした構成であっても、第１素子部１６１の反射部１７１と、第２素子部１６２の反射部１８１とが、相互に同じ特性を有していれば、反射観察では、第１素子部１６１と第２素子部１６２との境界が認識されにくい。
【０２５１】
・光学素子１６０は、第１素子部１６１の反射部１７１の位置と、第１素子部１６１の透過部１７２の位置とが反転され、かつ、第２素子部１６２の反射部１８１の位置と、第２素子部１６２の透過部１８２の位置とが反転された構成であってもよい。こうした構成であっても、第７実施形態の光学素子１６０と同等の効果を得ることができる。
【０２５２】
・光学素子１６０は、クロスグレーティング構造を有する構成でもよい。すなわち、図４４が示すように、光学素子１６０は、第１素子部１６１と、第２素子部１６２とを備えている。第１素子部１６１において、矩形形状を有する複数の反射部１７１が、Ｘ方向において等しい間隔を空けて並び、かつ、Ｙ方向において等しい間隔を空けて並んでいる。第１素子部１６１では、透過部１７２が、Ｘ方向において相互に隣り合う２つの反射部１７１の間に位置して、Ｙ方向に沿って延び、また、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部１７１の間に位置して、Ｘ方向に沿って延びている。
【０２５３】
反射部１７１と透過部１７２とは、Ｘ方向において交互に連続して並び、かつ、Ｙ方向において交互に連続して並んで、透過回折部１７０を構成している。透過回折部１７０は、Ｘ方向と平行な周期方向と、Ｙ方向と平行な周期方向との双方において、所定の格子周期ｄｇを有している。
【０２５４】
一方で、第２素子部１６２では、矩形形状を有する複数の反射部１８１が、Ｘ方向とＹ方向との双方において不規則に位置している。第２素子部１６２において、透過部１８２は、Ｘ方向において相互に隣り合う２つの反射部１８１の間、および、Ｙ方向において相互に隣り合う２つの反射部１８１の間に位置している。
【０２５５】
こうした構成によっても、上述した第７実施形態の光学素子１６０と同等の効果を得ることができる。
・図４４が示す光学素子１６０において、第１素子部１６１の反射部１７１の位置と、透過部１７２の位置とが反転され、かつ、第２素子部１６２の反射部１８１の位置と、第２素子部１６２の透過部１８２の位置とが反転された構成でもよい。
【０２５６】
［実施例］
［実施例１］
まず、紫外線硬化型樹脂として、５０．０質量部のウレタン（メタ）アクリレートと、３０．０質量部のメチルエチルケトンと、２０．０質量部の酢酸エチルと、１．５質量部の光開始剤とから構成される組成物を準備した。ウレタン（メタ）アクリレートとして、多官能性であり、かつ、分子量が６０００であるウレタン（メタ）アクリレートを準備した。光開始剤として、イルガキュア１８４（ＢＡＳＦ社製）を準備した。
【０２５７】
次に、２３μｍの厚さを有した透明ＰＥＴフィルムの上に、乾燥後の膜厚が１μｍとなるように、上述の組成物をグラビア印刷法によって塗布した。
そして、組成物を形成材料とする膜に、原版を用いて凹凸構造を形成した。
【０２５８】
なお、原版は、複数の第１領域と複数の第２領域とを有し、各第１領域、および、各第２領域は、１つの方向である幅方向に沿う幅が５μｍであり、幅方向と直交する長さ方向に沿う幅が２０ｍｍの矩形形状を有している。第１領域と第２領域とは、幅方向において交互に連続して位置している。
【０２５９】
第１領域は、長さ方向に沿って延びる複数の凹部と、長さ方向に沿って延びる複数の凸部とから構成される非周期性の凹凸構造を有し、非周期性の凹凸構造において、凹部と凸部とが、幅方向において交互に、かつ、非周期的に連続して並んでいる。非周期性の凹凸構造において、平均周波数は１００本／ｍｍであり、凹部の平均深さは１００ｎｍである。
【０２６０】
第２領域は、２つの周期性の凹凸構造が相互に交差したクロスグレーティング構造を有する。２つの周期性の凹凸構造のうち、一方の凹凸構造は、長さ方向に沿って延びる複数の凹部と、長さ方向に沿って延びる複数の凸部とを有し、凹部と凸部とが幅方向において交互に、かつ、周期的に並んでいる。他方の凹凸構造は、幅方向に沿って延びる複数の凹部と、幅方向に沿って延びる複数の凸部とを有し、凹部と凸部とが長さ方向において交互に、かつ、周期的に並んでいる。各凹凸構造において、空間周波数は２０００本／ｍｍであり、凹部の深さは２００ｎｍである。第２領域の有する凹凸構造のアスペクト比は、第１領域の有する凹凸構造よりもアスペクト比よりも大きい。
【０２６１】
グラビア印刷機が備える版胴の円筒面に原版を支持させ、原版を上述の組成物を用いて形成した塗膜に押し当てながら、塗膜に対する透明ＰＥＴフィルム側から、塗膜に対して紫外線を照射した。これにより、組成物の含む紫外線硬化樹脂を硬化させて、上側透明樹脂層を形成した。このとき、プレス圧力を２ｋｇｆ／ｃｍ２に設定し、プレス温度を８０℃に設定し、プレススピードを１０ｍ／分に設定した。また、紫外線の照射は、高温水銀灯を用いて、３００ｍＪ／ｃｍ２の強度で行った。
【０２６２】
次いで、上側透明樹脂層のうち、上述した凹凸構造を有する面の上に、反射部を形成するための金属膜としてＡｌ膜を真空蒸着によって形成した。Ａｌ膜の設定膜厚は５０ｎｍとした。その後、Ａｌ膜における上側透明樹脂層に接触する面と対向する面の上に、Ａｌ膜をエッチングするときのマスク層として機能するＭｇＦ２膜を真空蒸着によって形成した。ＭｇＦ２の設定膜厚は２０ｎｍとした。
【０２６３】
そして、水酸化ナトリウム水溶液を用いてＡｌ膜のエッチング処理を行った。これにより、Ａｌ膜のうち、上側透明樹脂層において原版の第１領域が転写された部分に形成されたＡｌ膜は上側透明樹脂層の上に残った。一方で、上側透明樹脂層において原版の第２領域が転写された部分に形成されたＡｌ膜は上側透明樹脂層の上から選択的に除去された。これにより、上側透明樹脂層の上に、反射部と透過部とを有し、かつ、格子周期が１０μｍである透過回折部が形成された。また、厚さ方向において透過部と重なる保護部も形成された。
【０２６４】
こうして形成された光学素子において、反射観察では、各反射部の有する非周期性の凹凸構造によって散乱された白色光が確認された。これに対して、透過観察では、交互に、かつ、周期的に位置する反射部と透過部とから構成されるワイヤーグリッド構造の回折による鮮やかな虹色を有する透過光が観察された。
【０２６５】
［実施例２］
実施例２では、原版の有する第１領域が、実施例１の原版の有する第１領域と異なっている。すなわち、実施例２の原版の有する第１領域は、幅方向に沿って延びる複数の凹部と、幅方向に沿って延びる複数の凸部とを有し、長さ方向において凹部と凸部とが交互に並んでいる。すなわち、第１領域は、回折構造を有し、回折構造における空間周波数が１０００本／ｍｍであり、凹部の深さが１００ｎｍである。
【０２６６】
こうした原版を用いて形成された光学素子において、反射観察では、各反射部の有する周期性の凹凸構造によって回折された虹色を有する回折光が確認された。これに対して、透過観察では、交互に、かつ、周期的に位置する反射部と透過部とから構成されるワイヤーグリッド構造の回折による鮮やかな虹色を有する透過光が観察された。反射によって観察される回折光と、透過によって観察される回折光とは、回折格子の周期が異なるために波長分散が異なり、結果として、反射部に対する上側透明樹脂層側と、反射部に対する保護部側とで、相互に異なる虹色を有した光が観察された。
【０２６７】
［実施例３］
実施例３では、原版が、第１素子部に対応する第１部分と、第２素子部に対応する第２部分とを有する点が実施例１と異なる。
【０２６８】
実施例３における原版は、第１部分と、第２部分とを有している。第１部分において、矩形形状を有した第１領域が、幅方向に沿って周期的に並び、かつ、長さ方向に沿って周期的に並んでいる。幅方向に沿う格子周期と、長さ方向に沿う格子周期とは、１０μｍである。第２部分において、矩形形状を有した複数の第１領域が、第２部分において不規則に位置している。第２部分において、第１領域が位置する部位以外の部位には、第２領域が位置している。第１部分と第２部分とにおいて、第１領域の面積の和が相互に等しい。
【０２６９】
こうした原版を用いて形成された光学素子において、反射観察では、２つの素子部の双方において散乱光が観察されるため、２つの素子部の境界が確認できないことが認められた。これに対して、透過観察では、一方の素子部において、交互に、かつ、周期的に配置された反射部と透過部によるクロスグレーティング構造の回折による鮮やかな虹色を有する光が観察された。一方で、他方の素子部では、非周期的に並んだ透過部を透過した白色の光が観察された。
【符号の説明】
【０２７０】
１０，５０，１１０，１６０…光学素子、１１…下側透明樹脂層、１１ｒ，１５ｒ…裏面、１１ｓ…表面、１２，１２ａ，１２ｂ，３１，４１，６１，６１ａ，６１ｂ，７１，７１ａ，７１ｂ，８１，８１ａ，８１ｂ，９１，９１ａ，９１ｂ，１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１２１，１３１，１４１，１５１，１７１，１８１…反射部、１２Ｍ…アルミニウム膜、１３，６２，７２，８２，９２，１０２，１２２，１３２，１４２，１５２，１７２，１８２…透過部、１４，３２，４２…保護部、１４Ｍ…フッ化マグネシウム膜、１５…上側透明樹脂層、１５ａ，４１ｂ…凸部、１５ｂ，４１ａ…凹部、１６…反射単位部、１７，３３，４４，７３，８３，９３，１０３，１２３，１３３，１４３，１５３…透過周期部、２０，６０，７０，８０，９０，１００，１２０，１３０，１４０，１５０，１７０…透過回折部、２１…第１回折周期部、２２…第２回折周期部、４３…反射周期部、５１，１１１，１６１…第１素子部、５２，１１２，１６２…第２素子部、１１３…第３素子部、１１４…第４素子部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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