(57)【要約】      （修正有）【課題】所望の回折光が得られ、耐久性に優れた回折光学素子を提供する。【解決手段】光源からの光を整形する光学素子１０であって、低屈折率部３と高屈折率部２との周期構造を有する回折層１を備え、周期構造における高屈折率部２のアスペクト比が２以上のものを含む回折光学素子。あるいはさらに高屈折率部２が２５℃における貯蔵弾性率が１×１０８Ｐａ以上５×１０９Ｐａ以下で貯蔵弾性率に対する損失弾性率の比が０．３以下である電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物からなる回折光学素子。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を整形する光学素子であって、
低屈折率部と高屈折率部との周期構造を有する回折層を備え、
前記周期構造における高屈折率部のアスペクト比が２以上のものを含む、回折光学素子。
【請求項２】
前記高屈折率部が、電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物からなる、請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物の２５℃における貯蔵弾性率（Ｅ’）が１×１０８Ｐａ以上５×１０９Ｐａ以下であり、且つ、前記電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物の２５℃における貯蔵弾性率（Ｅ’）に対する損失弾性率（Ｅ”）の比（ｔａｎδ（＝Ｅ”／Ｅ’））が０．３以下である、請求項２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記回折層の断面形状において、前記高屈折率部を形成する凸部が、高さ１０００ｎｍ以上のものを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記回折層の断面形状において、前記高屈折率部を形成する凸部が、２以上の平坦部を有する多段形状である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項６】
前記多段形状の凸部におけるアスペクト比が３．５以上である、請求項５に記載の回折光学素子。
【請求項７】
前記低屈折率部が空気である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項８】
透明基材上に、前記回折層と、被覆層とを、この順に有する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項９】
最表面に反射防止層を備える、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１０】
波長７８０ｎｍ以上の赤外線を回折する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１１】
光源と、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の回折光学素子を１つ以上備える、光照射装置。
【請求項１２】
前記光源が、波長７８０ｎｍ以上の赤外線を発し得る光源である、請求項１１に記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回折光学素子、及び光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワークの普及によるセキュリティリスク回避のための個人認証へのニーズや、自動車の自動運転化の流れ、あるいは、いわゆる「モノのインターネット」の普及など、近年、センサーシステムを必要とする局面が増大している。センサーには色々な種類があり、検出する情報も様々であるが、その中の一つの手段として、光源から対象物に対して光を照射し、反射してきた光から情報を得るというものがある。例えば、パターン認証センサーや赤外線レーダーなどはその一例である。
【０００３】
これらのセンサーの光源は用途に応じた波長分布や明るさ、広がりをもったものが使用される。光の波長は、可視光〜赤外線がよく用いられ、特に赤外線は外光の影響を受けにくく、不可視であり、対象物のやや内部を観察することも可能という特徴があるため、広く用いられている。また、光源の種類としては、ＬＥＤ光源やレーザー光源等が多く用いられる。例えば、遠いところを検知するには光の広がりが少ないレーザー光源が好適に用いられ、比較的近いところを検知する場合や、ある程度の広がりを持った領域を照射するにはＬＥＤ光源が好適に用いられる。
【０００４】
ところで、対象とする照射領域の大きさや形状は、必ずしも光源からの光の広がり（プロファイル）と一致しているとは限らず、その場合には拡散板やレンズ、遮蔽板などにより光を整形する必要がある。最近ではＬｉｇｈｔ  Ｓｈａｐｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｅｒ（ＬＳＤ）という、光の形状をある程度整形できる拡散板が開発されている。
また、光を整形する別の手段として、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＯＥ）が挙げられる。これは異なる屈折率を持った材料が周期性を持って配列している場所を光が通過する際の回折現象を応用したものである。ＤＯＥは基本的に単一波長の光に対して設計されるものであるが、理論的にはほぼ任意の形状に光を整形することが可能である。また、前述のＬＳＤにおいては照射領域内の光強度がガウシアン分布となるのに対し、ＤＯＥでは照射領域内の光分布の均一性を制御することが可能である。ＤＯＥのこのような特性は、不要な領域への照射を抑えることによる高効率化や、光源数の削減等による装置の小型化などの点で有利となる（例えば特許文献１等）。
またＤＯＥはレーザーの様な平行光源や、ＬＥＤの様な拡散光源のいずれにも対応可能であり、また、紫外光から可視光、赤外線までの広い範囲の波長に対して適用可能である。
【０００５】
ＤＯＥは、ｎｍオーダーでの微細加工が必要となり、特に長波長の光を回折するためには、高アスペクト比の微細形状を形成する必要があった。そのため、ＤＯＥの製造は、従来、電子線を用いた電子線リソグラフィ技術が用いられている。例えば、紫外線〜近赤外線領域で透明である石英板に、ハードマスクやレジストを成膜後、電子線を用いてレジストに所定の形状を描画し、レジスト現像、ハードマスクのドライエッチング、石英のドライエッチングを順次行って、石英板表面にパターンを形成した後、ハードマスクを除去することで所望のＤＯＥを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１７０３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の様に、センシングに用いる光の波長として特に赤外線は外光の影響を受けにくく、不可視であり、対象物のやや内部を観察することも可能という特徴があるため、広く用いられている。外光としてセンシングを妨げるものとしては太陽光が代表的なものである。太陽光は可視光の光は非常に強いが赤外線は比較的弱く、特に地表付近における太陽光は、大気中の水蒸気の影響により、波長９４０ｎｍ付近（波長９００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下）、及び、波長１１００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下において強度が低下している。そのため屋外センサー等の用途においては赤外線を用いることは感度の点から優位であり、特に上記波長領域の光を用いることが特に優位である。上記赤外波長領域の光を回折するためには、ＤＯＥの回折層における凸部を深く（＝アスペクト比を大きく）する必要がある。
また、ＤＯＥ製造における、従来の電子線リソグラフィ技術では、前述の通り複雑で多段階の工程が必要となるため、スループット（単位時間当たりの生産性）が小さく大量生産できないという問題や、これに起因して製造コストが高くなるという問題がある。
このような問題を解決する手法として、電子線リソグラフィで作成したＤＯＥを金型として用い、樹脂組成物を賦型（インプリント）することにより複製する手法が考えられる。賦型手段としては、例えば、射出成形、熱インプリント、二液硬化型樹脂、可溶性樹脂による複製、紫外線硬化性樹脂や電子線硬化性樹脂等の電離放射線硬化性樹脂によるインプリント等が挙げられる。本発明者らは、中でも、短時間で硬化が可能でスループットを大きく改善し得る点から、電離放射線硬化性樹脂による賦型に着目し検討を行った。しかしながら、ｎｍオーダーで、且つ高アスペクト比の微細形状を賦型する場合においては、硬化後の樹脂を離型することが困難であり、回折格子のパターンを形成する樹脂が折れたり破断したりすることがあった。一方、これを回避するために樹脂に柔軟性を与えると、離型時に樹脂が変形したり、当該変形した樹脂同士がくっついてしまう（スティッキング）問題や、得られたＤＯＥが傷つきやすいという問題があった。
回折格子のパターンを形成する樹脂に、折れ、破断（図１９）、スティッキング（図２０）等が生じると、照射領域における均一な光照射ができない場合や、所望の形状に光を整形できない場合があった。
一般に、赤外線用回折格子材料として広く用いられてきたシリコン（Ｓｉ）材と比較して、人工石英や樹脂組成物の硬化物は屈折率が小さい傾向にある。そのため樹脂組成物を用いて、シリコン材と同様の回折光が得られる回折光学素子を製造する場合、シリコン材と比較して、アスペクト比の大きな凸部を形成する必要があった。
そのため、上述の破断やスティッキングは、回折光学素子の製造においては特に問題となっている。
【０００８】
本開示の実施形態は、所望の回折光が得られ、耐久性に優れた回折光学素子、及び当該回折光学素子を用いた所望の照射領域が得られる光照射装置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】
【０００９】
本開示の１実施形態は、光源からの光を整形する光学素子であって、
低屈折率部と高屈折率部との周期構造を有する回折層を備え、
前記周期構造における高屈折率部のアスペクト比が２以上のものを含む、回折光学素子を提供する。
【００１０】
本開示の１実施形態は、前記高屈折率部が、電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物からなる回折光学素子を提供する。
【００１１】
本開示の１実施形態は、前記電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物の２５℃における貯蔵弾性率（Ｅ’）が１×１０８Ｐａ以上５×１０９Ｐａ以下であり、且つ、前記電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物の２５℃における貯蔵弾性率（Ｅ’）に対する損失弾性率（Ｅ”）の比（ｔａｎδ（＝Ｅ”／Ｅ’））が０．３以下である、回折光学素子を提供する。
【００１２】
本開示の１実施形態は、前記回折層の断面形状において、前記高屈折率部を形成する凸部が、高さ１０００ｎｍ以上のものを含む、回折光学素子を提供する。
【００１３】
本開示の１実施形態は、前記回折層の断面形状において、前記高屈折率部を形成する凸部が、２以上の平坦部を有する多段形状である、回折光学素子を提供する。
【００１４】
本開示の１実施形態は、前記多段形状の凸部におけるアスペクト比が３．５以上である、回折光学素子を提供する。
【００１５】
本開示の１実施形態は、前記低屈折率部が空気である、回折光学素子を提供する。
【００１６】
本開示の１実施形態は、透明基材上に、前記回折層と、被覆層とを、この順に有する回折光学素子を提供する。
【００１７】
本開示の１実施形態は、最表面に反射防止層を備える回折光学素子を提供する。
【００１８】
本開示の１実施形態は、波長７８０ｎｍ以上の赤外線を回折する回折光学素子を提供する。
【００１９】
本開示の１実施形態は、光源と、前記本開示の回折光学素子を１つ以上備える、光照射装置を提供する。
【００２０】
本開示の１実施形態は、前記光源が、波長７８０ｎｍ以上の赤外線を発し得る光源である、光照射装置を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本開示によれば、所望の回折光が得られ、耐久性に優れた回折光学素子、及び当該回折光学素子を用いた所望の照射領域が得られる光照射装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】回折光学素子の一実施形態を模式的に示す平面図である。
【図２】回折光学素子の一実施形態における部分周期構造の一例を模式的に示す斜視図である。
【図３】図２のＥ−Ｅ’切断面の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】回折光学素子の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図５】回折光学素子の別の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６】回折光学素子の別の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図７】回折光学素子の別の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図８】回折光学素子の別の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図９】回折光学素子の別の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１０】入射光を円形に広げる回折層（４−ｌｅｖｅｌ）の周期構造の一例を模式的に示す平面図である。
【図１１】光照射装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１２】回折光学素子の説明の用に供する図面である。
【図１３】回折光学素子の説明の用に供する図面である。
【図１４】（ａ）は、図１２の（ａ）の例におけるスクリーン２２の正面図である。また、（ｃ）は、図１３の（ｃ）の例におけるスクリーン２２の正面図である。
【図１５】アスペクト比の説明の用に供する図面である。
【図１６】周期構造の変形例を模式的に示す断面図である。
【図１７】回折光学素子の製造方法の一例を模式的に示す工程図である。
【図１８】実施例５−２で得られた回折光学素子を透過した回折光のスクリーン投影図である。
【図１９】従来の回折光学素子の製造時における樹脂の破断の一例を模式的に示す断面図である。
【図２０】従来の回折光学素子のスティッキングの一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本開示の回折光学素子、及び光照射装置について順に詳細に説明する。
なお、本開示において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。また、この明細書における「平面視」とは、回折光学素子上面に対し垂直方向から視認することを意味する。通常、回折光学素子の回折層を有する面に対して垂直方向から視認することに相当する（図１のような平面図の方向に相当する）。
本開示において電離放射線とは、可視及び非可視領域の波長の電磁波、さらには放射線が含まれ、放射線には、例えばマイクロ波、電子線が含まれる。具体的には、波長５μｍ以下の電磁波、及び電子線のことをいう。
本開示において（メタ）アクリルとは、アクリル又はメタアクリルの各々を表し、（メタ）アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートの各々を表し、（メタ）アクリロイルとは、アクリロイル又はメタクリロイルの各々を表す。
本開示において「光を整形する」とは、光の進行方向を制御することにより、対象物または対象領域に投影された光の形状（照射領域）が任意の形状となるようにすることをいう。例えば、図１２の例に示されるように、平面形状のスクリーン２２に直接投影した場合に照射領域２３が円形となる光（図１２（ｂ））を、本開示の回折光学素子１０を透過させることにより、照射領域が正方形（図１２（ａ）の２４）や、長方形、円形（図示せず）等、目的の形状とすることをいう。
本開示において、光源からの光が、回折光学素子を透過して回折せずにそのまま出光した光を０次光といい（図１２の２５）、回折光学素子で生じた回折光を１次光ということがある（図１２の２６）。
本開示において、回折層の断面形状は、回折光学素子を水平面に静置したものとして定義する。図２の例では、周期構造の繰り返し方向にＸ軸をとり、Ｘ軸と直交し、ＸＹが水平面を形成するようにＹ軸をとり、ＸＹ水平面に垂直な方向にＺ軸をとっている。本開示においては、凸部間の谷底（Ｚの極小点）を高さ０の基準とし、また、高さ０の部分を凹部とする。また本開示においては、高さＨ（Ｈ＞０）を有する部分を凸部とする。一方、本開示においては凸部の最大高さを基準として、凸部間の谷底までを深さとすることがあるが、本開示において、高さと、深さは、表裏の関係にあり、凸部に着目する場合には高さ、凹部に着目する場合に深さとするものであって、実質的には同様のものである。
本開示において、回折層の断面形状が図３の例に示されるような、高さ０の凹部と高さＨの凸部との繰り返し構造であることを、２値（２−ｌｅｖｅｌ）形状ということがある。また本開示において、回折層の断面形状において凸部が、２以上の平坦部（略水平部）を有するものを多段形状ということがあり、当該多段形状の凸部と凹部とを合わせてｎ個の平坦部を有する場合、ｎ値（ｎ−ｌｅｖｅｌ）形状ということがある。
また、本開示において透明とは、少なくとも目的の波長の光を透過するものをいう。例えば、仮に可視光を透過しないものであっても、赤外線を透過するものであれば、赤外線用途に用いる場合においては透明として取り扱うものとする。
【００２４】
［回折光学素子］
本開示の実施形態に係る回折光学素子は、光源からの光を整形する光学素子であって、
低屈折率部と高屈折率部との周期構造を有する回折層を備え、
前記周期構造における高屈折率部のアスペクト比が２以上のものを含むことを特徴とする。
【００２５】
本開示の１実施形態の回折光学素子について、図を参照して説明する。図１は、本開示の回折光学素子の１実施形態を模式的に示す平面図であり、図２は、図１の回折光学素子の例における部分周期構造の一例を模式的に示す斜視図であり、図３は、図２のＥ−Ｅ’切断面の一例を模式的に示す断面図である。
本開示の回折光学素子１０は、低屈折率部３と高屈折率部２との周期構造を有する回折層１を備えており、当該周期構造における高屈折率部２のアスペクト比（高さＨ／幅Ｗ）が２以上のものを含むことを特徴とする。本開示の回折光学素子は、通常、異なる周期構造を持つ複数の領域（例えば図１のＡ〜Ｄ領域）を有している。なお、図１の例では部分周期構造Ａ〜Ｄ領域は凹凸の２値（２−ｌｅｖｅｌ）（例えば図３の回折層１等）であるが、光を所望に整形するために領域の形状や深さは適宜設計する必要がある（例えば図１０に示す４−ｌｅｖｅｌの回折素子において８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄはそれぞれ深さが異なる（例えば図１６（Ｃ）参照））。
図４〜図７は、本開示の回折光学素子に関する別の実施形態の例を模式的に示す断面図である。図４の例に示されるように、本開示の回折光学素子は、透明基材４上に回折層１を備えるものであってもよく、図５の例に示されるように、回折層１上に、被覆層５を備えるものであってもよく、図６の例に示されるように、被覆層５が粘着層（接着層）６を介して回折層１上に設けられていてもよい。また、本開示の回折光学素子は、低屈折率部３が空気の場合に限られず、図７の例に示されるように低屈折率樹脂７であってもよい。機械強度に優れる点からは、低屈折率部が低屈折率樹脂からなることが好ましい。一方、屈折率差を大きくする点からは、低屈折率部が空気であることが好ましい。
【００２６】
また、図８〜図９は、本開示の回折光学素子に関する別の実施形態の例を模式的に示す断面図である。図８及び９の例に示されるように、本開示の回折光学素子は、最表面に反射防止層９を備えることが、反射光を抑制して光の利用効率を高める点から好ましい。
図８の例に示されるように、反射防止層９が回折光学素子１０上に直接設けられて、最表面を構成していてもよく、図９の例に示されるように、回折光学素子１０と反射防止層９との間に他の層乃至他の部材を介して設けられていてもよい。図９の例では、ガラス板１４上に粘着層（接着層）１５を介して回折光学素子１０が貼り合わされており、当該ガラス板１４の回折光学素子１０とは反対側の面に反射防止層９が設けられている。反射防止層９は光を入射する側の最表面に設けることが好ましい。反射防止層の具体的な態様は後述する。
【００２７】
本開示の実施形態によれば、高屈折率部である凸部のアスペクト比が２以上であるため、例えば、従来よりも長波長の赤外線（例えば９００ｎｍ以上の赤外線）であっても所望の形状に形成され、且つ、０次光が抑制された回折光が得られる回折光学素子とすることができる。
【００２８】
本開示において凸部が２値形状の場合には、アスペクト比は、（凸部の高さＨ）／（凸部の幅Ｗ）で定義する。また、本開示において凸部が多段形状の場合には、アスペクト比は、（凸部の高さＨ）／（凸部の最小加工幅Ｗ）で定義する。
本開示において凸部の幅は、凸部の高さＨの半分の高さ（Ｈ／２）における幅とする（図１５（Ａ）参照）。また、本開示において凸部の最小加工幅とは、多段形状の凸部において高さＨを形成する範囲に相当する部分の幅をいい、具体的には、図１５（Ｂ）のように、２段目の平坦部を有する高さ（Ｈ−ｈ）を下端とし、高さＨの平坦部を上端として、下端から半分の高さ（ｈ／２）における幅を最小加工幅Ｗと定義する。
アスペクト比をこのように定義することで、回折格子の光学的な設計や、金型からの抜けやすさとアスペクト比との相関性が高くなるからである。
具体的には、回折層の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した画像から、高さＨや幅Ｗを計測することができる。
【００２９】
＜回折層の形状＞
一般に、回折格子の形状は光の波長、光が透過する材料の屈折率（差）、及び必要とする回折角で決まる。例えば空気中で屈折率１．５の材料を用い、レーザー光を回折光学素子の回折層の面に垂直入射させる場合、光の波長が長くなるほど最適な回折格子の溝の深さは深くなり、波長９８０ｎｍの赤外線に対しては約１０００ｎｍの深さが必要となる。即ち本開示の回折光学素子においては、回折層の断面形状において、前記高屈折率部を形成する凸部が、高さ１０００ｎｍ以上のものを含むことが好ましい。
また、回折角３０°の方向に光を回折させるには回折格子のアスペクト比は１程度、７０°の方向に回折させるにはアスペクト比は１．８７程度あればよい。
しかしこれは光を１方向のみに回折させる場合であり、実際にセンサーの光源として使う場合にはある所定の領域に対して均一に回折光を行き渡らせる必要がある。そのためには種々の回折角度、回折方向を持った領域を複雑に組み合わせる必要があるが、その結果として非常にピッチが狭くなる領域が含まれてしまう（例えば図１、図１０）。ここで回折格子の最適深さは光の波長と屈折率、ｌｅｖｅｌ数で決まるため、ピッチが狭くなることでアスペクト比は２以上となり、時には４を越えることもある。例えば、９８０ｎｍのレーザー光に対し、材質を石英とし、長辺±５０°ｘ  短辺±３．３°に広がる矩形の拡散形状を２−ｌｅｖｅｌで設計する場合には、回折格子の最適深さは１０８７ｎｍ、最も細かい形状のピッチを２５０ｎｍとした場合、最大アスペクト比は４を越える。
これらの設計は、例えば厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）アルゴリズムを用いたＧｒａｔｉｎｇＭＯＤ（Ｒｓｏｆｔ社製）や、反復フーリエ変換アルゴリズム（ＩＦＴＡ）を用いたＶｉｒｔｕａｌｌａｂ（ＬｉｇｈｔＴｒａｎｓ社製）などの各種シミュレーションツールを用いて行うことができる。
光源がレーザーでなくＬＥＤの場合には、斜めの入射光を考慮した設計を行えばよい。
【００３０】
本開示に係る回折光学素子は、回折層の周期構造における高屈折率部のアスペクト比が２以上のものを含むため、波長７８０ｎｍ以上の赤外線を所望の形状に整形することができる。
【００３１】
周期構造の断面形状は、図３〜図７に示されるような矩形であってもよく、また、断面が図１６の（Ａ）〜（Ｄ）のような形状であってもよい。高屈折率部の断面形状が図１６の（Ａ）〜（Ｄ）のような先細り形状とすることにより、製造時における金型からの離型性に優れている。
また、回折光学素子の回折効率を上げるには、回折格子を通常の２値（２−ｌｅｖｅｌ：図３〜７）から多段形状（４−ｌｅｖｅｌ（図１６の（Ｃ））、８−ｌｅｖｅｌ（図１６の（Ｄ））と増やすのが効果的であるが、あまり増やしすぎると金型作成工程が複雑となりコストアップにつながるため、本開示においては、２値〜８値の中から適宜選択することが好ましい。
アスペクト比に影響する溝深さはｌｅｖｅｌ数を増やすと大きくなっていくが、例として屈折率が１．５の樹脂を使う場合には深さは対象波長の２倍の深さに近づく。対象波長が長くなるほど必要な溝深さが深くなるため、加工の難易度は増加する。また設計の際に用いる最小加工溝幅は通常、対象波長の１／４程度に設定するが、効率を上げるためにさらに細かくしてもよい。しかしあまり細かくしすぎると加工が難しく時間もかかるため、８０〜１００ｎｍ程度までに抑えるのが好ましい。
最大アスペクト比は通常、８程度まで達することがあり、赤外線に対して効率を重視する場合には２５程度まで高くなることもある。
本開示の回折光学素子は、後述する電離放射線硬化性樹脂組成物を用いて周期構造を有する高屈折率部を形成することにより、アスペクト比が、２以上、更には４以上のものを含む場合であっても、信頼性に優れており、上記のようなアスペクト比が８以下、更には２５以下のものを含む回折光学素子も得ることができる。
【００３２】
本開示の回折光学素子において、凸部をライン（Ｌ）、凹部をスペース（Ｓ）としたときのラインアンドスペース比（Ｌ／Ｓ）は特に限定されず、所望の回折光が得られるように適宜設定すればよいものであるが、例えば、０．６〜１．２の範囲で適宜設定することができ、回折効率の点から０．８〜１．０の範囲が好ましい。
【００３３】
また、本開示の回折光学素子においては、回折角を大きくしやすい点から、２以上の平坦部を有する多段形状であることが好ましい。
本開示の回折光学素子は、アスペクト比が２以上であるため０次光を弱めることができるものであるが、回折角を大きくした場合には、０次光を外しながら所望の形状の回折光を得ることもできる。このことについて図を参照して説明する。図１２及び図１３は、回折光学素子の説明の用に供する図面である。また、図１４の（ａ）は、図１２の（ａ）の例におけるスクリーン２２の正面図であり、図１４の（ｃ）は、図１３の（ｃ）の例におけるスクリーン２２の正面図である。
図１２（ａ）の例では、照射光２１が回折光学素子１０で回折し、スクリーン２２上に２４のような正方形の像が形成されている。図１４（ａ）に示されるように、当該正方形の像は０次光照射位置２７を含んでいるため、像の中に０次光が含まれている。本開示の実施形態においては０次光が抑制されているため、このような場合であっても良好な回折光が得られている。
一方、図１３（ｃ）の例では、１次光２６ａ及び２６ｂの回折角を、図１２（ａ）の例よりも大きく設定することにより、図１４（ｃ）に示されるように、正方形の像は０次光照射位置２７を含まなくなっている。このように最大回折角を大きく設計することにより、０次光を含まない回折光を得ることができる。このようなことから、本開示の回折光学素子においては、２以上の平坦部を有する多段形状であることが好ましく、更にアスペクト比が３．５以上であることが好ましい。
【００３４】
＜電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物＞
本開示の回折光学素子においては、前記高屈折率部は電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物であることが、スループットの向上の点から好ましい。電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物は、後述する電離放射線硬化性樹脂組成物を、光の作用により硬化させて得られたものである。後述する製造方法により、当該硬化物は所定の周期構造が付与された高屈折率部となる。
【００３５】
本発明者は、電子線リソグラフィで作成した回折光学素子を金型として用い、樹脂で賦型（インプリント）することにより複製する手法を検討した。硬化した電離放射線硬化性樹脂の貯蔵弾性率（Ｅ’）が５×１０９［Ｐａ］よりも大きいと、離型に必要な荷重が大きくなり、高アスペクト比の部分の樹脂が折れることがあった。これは金型の中で硬化した樹脂が金型から抜ける際にある程度変形する必要があることに起因するものと推定される。一方、貯蔵弾性率（Ｅ’）が１×１０８［Ｐａ］よりも小さいと剥離はしやすいが容易に変形するため、離型時の樹脂の伸びに耐え切れず破断したり、回折光学素子の回折層の耐久性が低下したりすることがあることが分かった。更に、硬化した樹脂のｔａｎδが０．３を越える場合には、離型時の変形が元に戻らなかったり、外部からの力が加わった時に隣り合う高屈折率部がくっついたり（スティッキング）することがあるとの知見を得た。
当該検討結果から、本開示において電離放射線硬化性樹脂組成物としては、当該電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物の２５℃における貯蔵弾性率（Ｅ’）が１×１０８Ｐａ以上５×１０９Ｐａ以下であり、且つ、前記電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物の２５℃における貯蔵弾性率（Ｅ’）に対する損失弾性率（Ｅ”）の比（ｔａｎδ（＝Ｅ”／Ｅ’）以下、損失正接という場合がある）が０．３以下となるものを選択して用いることが好ましい。このような樹脂組成物を選択して用いることにより、樹脂の折れや破断を抑制し、且つ離型性に優れ、離型時の変形も抑制されるからである。
【００３６】
本開示において貯蔵弾性率（Ｅ’）及び損失弾性率（Ｅ”）は、ＪＩＳ  Ｋ７２４４に準拠して、以下の方法により測定される。
まず、電離放射線硬化性樹脂組成物を、２０００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギーの紫外線を１分以上照射することにより十分に硬化させて、基材及び凹凸形状を有しない、厚さ１ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ３０ｍｍの単膜とする。
次いで、２５℃下、上記樹脂組成物の硬化物の長さ方向に１０Ｈｚで２５ｇの周期的外力を加え、動的粘弾性を測定することにより、２５℃における、Ｅ’、Ｅ”が求められる。測定装置としては、例えば、ＵＢＭ製  Ｒｈｅｏｇｅｌ  Ｅ４００を用いることができる。
あるいは、ＤＯＥ側表面に、圧子を押し込んで、ＤＯＥ表面の貯蔵弾性率（Ｅ’）、損失弾性率（Ｅ”）およびｔａｎδを求めることができる。測定装置は、例えば、Ｈｙｓｉｔｒｏｎ社製ＴＩ９５０  ＴＲＩＢＯＩＮＤＥＮＴＥＲ＋ｎａｎｏＤＭＡＩＩＩなどのナノインデンテーション法を使用可能である。
【００３７】
本開示において、電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物の２５℃における貯蔵弾性率（Ｅ’）が１×１０８Ｐａ以上５×１０９Ｐａ以下であり、樹脂の折れや破断を抑制し、且つ離型性に優れ、離型時の変形も抑制される点から、中でも、２×１０８Ｐａ以上４×１０９Ｐａ以下であることが好ましい。
また、本開示においてｔａｎδは０．３以下であり、樹脂の折れや破断を抑制し、且つ離型性に優れ、離型時の変形も抑制される点から、中でも、０．０１〜０．２５であることが好ましい。
【００３８】
また、本開示においては、高屈折率部を構成する樹脂組成物の硬化物の屈折率は特に限定されないが、１．４〜２．０であることが好ましく、１．４５〜１．８であることがより好ましい。本開示によれば、アスペクトが２以上の形状を安定して形成することができ、酸化ケイ素などと比較して屈折率の低い樹脂であっても良好な回折光学素子を得ることができる。
また、本開示において、高屈折率部を構成する樹脂組成物の硬化物の透過率は、特に限定されないが、赤外線透過率（波長８５０ｎｍ）が９０％以上であることが好ましく、９２％以上であることがより好ましい。
【００３９】
（電離放射線硬化性樹脂組成物）
電離放射線硬化性樹脂組成物は、電離放射線硬化性成分を含み、硬化後に上記物性が得られるものが好ましい。また設計した対象波長の光を透過することができれば、硬化後に目視で色がついていても実用上問題はない。
なお、回折光学素子の回折層を形成する材料に複屈折が存在する場合には、それを考慮した形状設計が必要となるが、電離放射線硬化性樹脂組成物を賦型に使う場合においては複屈折の影響は実用上ほとんど無視できるというメリットもある。
【００４０】
上記電離放射線硬化性成分としては、エチレン性不飽和結合を有する化合物を含む組成物であることが好ましく、（メタ）アクリレートを含む組成物であることがより好ましい。
電離放射線硬化性樹脂組成物は、少なくとも上記電離放射線硬化性成分を含有していればよく、必要に応じて、更に他の成分を含有してもよい。
また、上記樹脂組成物は、回折層の高屈折率部が柔軟性に優れ、折れや破断が抑制される点から、炭素数１２以上の長鎖アルキル基を有する化合物を含有することが好ましい。
以下、例として電離放射線硬化性成分として好ましく用いられる（メタ）アクリレートを含む組成物中の各成分について順に説明する。
【００４１】
（メタ）アクリレートは、（メタ）アクリロイル基を１分子中に１個有する単官能（メタ）アクリレートであっても、（メタ）アクリロイル基を１分子中に２個以上有する多官能アクリレートであってもよく、単官能（メタ）アクリレートと多官能（メタ）アクリレートとを併用するものであってもよい。
中でも、硬化物が上記物性を満たし、高屈折率部が柔軟性と弾性復元性を両立する点から、単官能（メタ）アクリレートと多官能（メタ）アクリレートとを併用することが好ましい。
【００４２】
単官能（メタ）アクリレートの具体例としては、例えば、メチル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、アリル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、ブトキシエチル（メタ）アクリレート、ブトキシエチレングリコール（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタニル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、グリセロール（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、イソボニル（メタ）アクリレート、イソデキシル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、２−メトキシエチル（メタ）アクリレート、メトキシエチレングリコール（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、ドデシル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、ビフェニロキシエチルアクリレート、ビスフェノールＡジグリシジル（メタ）アクリレート、ビフェニリロキシエチル（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性ビフェニリロキシエチル（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡエポキシ（メタ）アクリレート等が挙げられる。これらの単官能（メタ）アクリル酸エステルは、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
単官能（メタ）アクリレートの含有量は、電離放射線硬化性樹脂組成物の全固形分に対して、５〜４０質量％であることが好ましく、１０〜３０質量％であることがより好ましい。
また、多官能アクリレートの具体例としては、例えば、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレンジ（メタ）アクリレート、ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、テトラブロモビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＳジ（メタ）アクリレート、ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、フタル酸ジ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、トリス（アクリロキシエチル）イソシアヌレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ウレタントリ（メタ）アクリレート、エステルトリ（メタ）アクリレート、ウレタンヘキサ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート等が挙げられる。中でも、柔軟性及び復元性に優れる点から、アルキレンオキサイドを含む多官能（メタ）アクリレートを用いることが好ましく、エチレンオキサイド変性多官能（メタ）アクリレートを用いることがより好ましく、エチレンオキサイド変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、及び、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレートの少なくとも１種を含むことが更により好ましい。
上記多官能（メタ）アクリレートの含有量は、電離放射線硬化性樹脂組成物の全固形分に対して、１０〜７０質量％であることが好ましく、１５〜６５質量％であることがより好ましい。
【００４３】
電離放射線硬化性樹脂組成物は、必要に応じて光重合開始剤を含有してもよい。当該光重合開始剤の含有量は、通常、電離放射線硬化性樹脂組成物の全固形分に対して１〜２０質量％であり、２〜１０質量％であることが好ましい。
また、樹脂組成物には離型剤（離型性を有する材料）を添加することが好ましい。特に金型からの剥離応力が大きい場合は樹脂詰まりによる金型寿命の低下を招くため、必要に応じてシリコン系、フッ素系、リン酸エステル系などの公知の離型剤から適宜選定して使用することができる。またこれら離型剤は樹脂組成物の架橋構造に固定されるものや遊離した状態で存在するものを用途に応じて選定できる。
その他の添加物としては帯電防止剤や、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤などを複数添加することができる。帯電防止剤は加工プロセスや使用時のほこり付着防止に有効であり、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤は耐久性向上に有効である。光を吸収する材料を添加する場合は、回折光学素子の対象波長に影響を与えないよう配慮が必要である。耐熱性を改善させる目的でシルセスキオキサン等の無機材料との複合化なども有効である。
また、電離放射線硬化性樹脂組成物は環境への配慮から溶剤を実質的に含有しないことが好ましいが、基材への密着や粘度調整、面質改善などを考慮して溶剤を含有するものであってもよい。溶剤を含有する場合は基材ないし金型に樹脂を塗布後、溶剤を乾燥させた後に賦型する。
【００４４】
＜透明基材＞
本開示の回折光学素子は、必要に応じて透明基材を有する構成であってもよい。
本開示に用いられる透明基材は、公知の透明基材の中から用途に応じて適宜選択して用いることができる。透明基材に用いられる材料の具体例としては、例えば、トリアセチルセルロース等のアセチルセルロース系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエチレンやポリメチルペンテン等のオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエーテルサルホンやポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、アクロニトリル、メタクリロニトリル、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー等の透明樹脂や、ソーダ硝子、カリ硝子、鉛ガラス等の硝子、ＰＬＺＴ等のセラミックス、石英、蛍石等の透明無機材料等が挙げられる。透明基材の複屈折は回折光学素子の効果自体には影響を与えないが、回折光学素子に入射する光、拡散する光の位相差を問題にする場合には適宜、適した複屈折をもつ基材を選定すればよい。
なおここでいう透明とは、目視で向こうが透けて見えるという状態のことをいうが、回折光学素子で設計した対象波長の光を透過することができれば、目視で色がついていても実用上問題はない。また、透明基材側から電離放射線を照射して前記電離放射線硬化性樹脂組成物を硬化させる場合には、透明基材は照射する電離放射線をなるべくカットしないものが好ましい。
前記透明基材の厚みは、本開示の用途に応じて適宜設定することができ、特に限定されないが、通常２０〜５０００μｍであり、前記透明基材は、ロールの形で供給されるもの、巻き取れるほどには曲がらないが負荷をかけることによって湾曲するもの、完全に曲がらないもののいずれであってもよい。
本開示に用いられる透明基材の構成は、単一の層からなる構成に限られるものではなく、複数の層が積層された構成を有してもよい。複数の層が積層された構成を有する場合は、同一組成の層が積層されてもよく、また、異なった組成を有する複数の層が積層されてもよい。
また、透明基材には前述の樹脂組成物との密着性を向上させるための表面処理や、プライマー層形成を行ってもよい。表面処理としてはコロナ処理や大気圧プラズマ処理などの一般的な密着改善処理が適用できる。またプライマー層は、透明基材および樹脂組成物との双方に密着性を有し、対象波長の光を透過するものが好ましい。ただし、用途によっては意図的に透明基材と樹脂組成物の間の密着を低く保つことで、賦型後の回折層を透明基材から剥がして使用するという使い方も可能である。このような使い方は特に回折光学素子の厚みを薄くしたい場合に有効である。
【００４５】
また、回折層の傷つき等を防止し、機械強度に優れる点から、本開示の回折光学素子は、透明基材上に、前記回折層と、被覆層とを、この順に有する構成であってもよい。被覆層としては、特に限定されないが、前記透明基材と同様のものを用いることが好ましい。また、回折層上に被覆層を設ける場合、回折層と被覆層との間に粘着剤（接着剤）層を設けてもよい。粘着層（接着層）用の粘着剤又は接着剤としては、従来公知のものの中から適宜選択すればよく、感圧接着剤（粘着剤）、２液硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、熱溶融型接着剤等、いずれの接着形態のもの好適に用いることができるが、低屈折率部が空気の場合には、流動性の低い粘着剤又は接着剤を用いることが好ましい。なお、低屈折率部の一部が粘着剤又は接着剤により埋まる場合には、その分を考慮して回折層の設計を行えば良い。
なおこのような被覆層を設けることで、回折格子の凹凸を金型とした再複製を防止することが可能という副次的な効果も期待できる。
さらに被覆層を形成することで、回折層に異物が入り込むことを防止でき、回折光学素子及び光照射装置の長期信頼性を向上することが可能である。
【００４６】
また、更に、前記透明基材、又は、前記被覆層の、回折層とは反対側の面に、更に反射防止層を設けてもよい。反射防止層としては、従来公知のものの中から適宜選択すればよく、例えば、低屈折率層又は高屈折率層の単層からなる屈折率層であってもよく、低屈折率層と高屈折率層とを順次積層した多層膜であってもよく、微細凹凸形状が形成された反射防止層であってもよい。反射防止層を設けることにより、回折光学素子の回折効率を向上することが可能である。
【００４７】
また、前記透明基材、前記被覆層、前記粘着層（接着層）は、本開示の効果をそこなわない範囲で、従来公知の添加剤を含有してもよい。このような添加剤としては、例えば、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤等が挙げられる。
【００４８】
＜回折光学素子の製造方法＞
本開示の回折光学素子は、回折層の周期構造中の高屈折率部のアスペクト比が２以上のものを含むため、離型時に折れやスティッキングが生じやすい。
そのため、本開示において、回折光学素子は、下記の製造方法により製造することが好ましい。
即ち、光源からの光を整形する光学素子の製造方法であって、
所定の周期構造を有する回折光学素子製造用金型を準備する工程と、
当該金型に、電離放射線硬化性樹脂組成物を塗布して塗膜を形成する工程と、
前記塗膜に電離放射線を照射して前記電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化膜を形成する工程と、
前記硬化膜を前記金型から離型する工程とを有し、
前記電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物の２５℃における貯蔵弾性率（Ｅ’）が１×１０８Ｐａ以上５×１０９Ｐａ以下であり、且つ、前記電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化物の２５℃における貯蔵弾性率（Ｅ’）に対する損失弾性率（Ｅ”）の比（ｔａｎδ（＝Ｅ”／Ｅ’））が０．３以下である、回折光学素子の製造方法とすることが好ましい。
【００４９】
上記回折光学素子の好ましい製造方法について図を参照して説明する。図１７は、回折光学素子の製造方法の一例を模式的に示す工程図である。図１７の例に示されるように、まず所望の周期構造が形成された金型３１を準備する（図１７（Ａ））。次いで、当該金型の表面に、前述の電離放射線硬化性樹脂組成物３２を塗布して塗膜を形成する（図１７（Ｂ）〜（Ｃ））。塗布手段は特に限定されず、従来公知の方法を適宜選択すればよい、図１７の例では、電離放射線硬化性樹脂組成物３２上に透明基材３３を配置し、加圧ローラ３４をもちいて、電離放射線硬化性樹脂組成物３２を均一に塗布している。次いで、得られた塗膜に電離放射線を照射して（３５）、前記電離放射線硬化性樹脂組成物を硬化して硬化膜３６とする（図１７（Ｄ））。得られた硬化膜３６を金型３１から離型することにより、回折光学素子が得られる（図１７（Ｅ））。その後、必要に応じて、透明基材３３を剥離してもよい（図示せず）。
以下、当該製造方法の各工程について説明するが、前記本開示の回折光学素子と同様のものについては、ここでの説明は省略する。
【００５０】
回折光学素子製造用金型は、レーザーリソグラフィや電子線リソグラフィ、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）などの技術によって加工することができるが、通常は電子線リソグラフィが好適に用いられる。
材質は高アスペクトの加工が可能なものであれば使用可能であるが、通常は石英やＳｉが用いられる。また、これらの金型から樹脂で複製したコピー金型（ソフトモールド）や、Ｎｉ電鋳で複製したコピー金型を使用することも可能である。
また必要に応じて、金型表面には離型処理を施すことができる。フッ素系やシリコン系などの離型剤、ダイヤモンドライクカーボン、Ｎｉめっきなどが適用可能である。処理手法は蒸着やスパッタ、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの気相処理、コーティングやディッピング、めっきなどの液相処理などから適宜選択できる。
回折光学素子に必要とされる形状は通常数ｍｍ角〜数ｃｍ角と小さいため、１つの金型内に複数の回折層の形状を並べて加工することにより複製の効率を上げることができる。スループットを重視する場合は、上記の金型またはコピー金型を並べて複製し、多面付の金型として賦型に供してもよい。
【００５１】
電離放射線硬化性樹脂組成物の硬化時の体積変化が問題になる場合はそれを補正して金型設計を行うこともできる。また離型のしやすさを考慮し、金型の微細構造の奥より開口部側の間口が広くなる構造としてもよい（図１６（Ａ）〜（Ｄ））。この場合、得られた回折光学素子の回折層は表面側が細くなる形となる。
また、本開示の回折光学素子は、通常、異なる周期構造の領域が複数存在するため、１つの回折光学素子に対しピッチ（間口）が異なる溝が複数含まれることになるが、このような金型を作る場合、ピッチ（間口）に応じてドライエッチングでの深さがバラつく傾向がある。しかしこのようなばらつきは効率の低下につながるため、加工プロセスの最適化を行い、所望する深さの±１０％以下に抑えることが重要である。
アスペクト比が２以上の凸部を形成する場合には、凸部の高さばらつきが生じやすい傾向にある。その場合、金型の深さを、設計値よりやや深く狙って作製することにより、高さばらつきを持ちながらも所望の光学特性を持った回折光学素子が得られやすくなる。
【００５２】
次いで、電離放射線硬化性樹脂組成物の塗膜を形成する。前述の例は、金型側に電離放射線硬化性樹脂組成物の塗膜を形成するものであったが、透明基材側に塗膜を形成してもよい。塗膜の形成方法は、前述の例の他、ダイコートやバーコート、グラビアコート、スピンコートなど従来公知の塗布方法から好適なものを選定することができる。
また、透明基材は、枚葉のものであってもよく、また長尺なものを用いてロールトゥロール方式により塗布工程、電離放射線照射工程、及び離型工程を順次行ってもよい。金型が曲げにくい硬質の材料である場合は、透明基材は柔軟性があるものが泡をかみにくく好ましい。逆に透明基材として硬質なものを用いる場合は、金型はソフトモールドを使うのが好ましい。
紫外線や電子線の照射は１回で照射しても複数回に分けて照射してもよく、複数回に分ける場合はある程度硬化させて離型した後に追加照射する形も適用可能である。
【００５３】
電離放射線硬化性樹脂は、塗工時の流動性が高すぎると微細な溝に入っていきにくく、低すぎるとインキが薄く広がってしまい所定の厚みを確保できないことがある。またロール賦型の場合、流動性が高すぎるとインキたれの原因となる。本開示においては、電離放射線硬化性樹脂組成物の２５℃における粘度が数十［ｍＰａｓ］〜数千［ｍＰａｓ］程度の樹脂を使用するのが好ましい。粘度は温度でも変わるため、適宜適切な温調を取り入れることが好ましい。
【００５４】
［光照射装置］
本開示に係る光照射装置は、光源と、前記本開示に係る回折光学素子を１つ以上備えることを特徴とする。
本開示の光照射装置によれば、所望の形状に整形された光を照射することができる。
【００５５】
本開示の光照射装置を、図を参照して説明する。図１１は本開示に係る光照射装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。図１１の例に示される光照射装置２０は、基板１１と発光体１２を備えた光源１３の出光面側に、前記本開示に係る回折光学素子１０を備えている。なお図１１の例では、光源１３側に透明基材４が配置されているが、光源１３側に被覆層５を配置してもよい。例えば、透明基材４、被覆層５、粘着層６のいずれかに、紫外線吸収剤を含有する場合、回折光学素子の耐光性を向上する点から、当該紫外線吸収剤を含有する層を光源とは反対側の面（即ち、日光等が入射し得る面）に配置することが好ましい。
以下、このような本開示の光照射装置について説明するが、回折光学素子については、前記本開示に係る回折光学素子と同様のものであるため、ここでの説明は省略する。
【００５６】
本開示の光照射装置において、光源は、特に限定されず、公知の光源を用いることができる。前記本開示に係る回折光学素子が特定波長の回折を目的として設計されることから、光源として、特定波長の強度が高いレーザー光源やＬＥＤ（発光ダイオード）光源などを用いることが好ましい。本開示においては、指向性を有するレーザー光源、拡散性のあるＬＥＤ（発光ダイオード）光源など、いずれの光源であっても好適に用いることができる。
本開示において光源は、前記本開示に係る回折光学素子の設計の際にシミュレーション対象とした光源を再現可能なものの中から適宜選択することが好ましい。中でも、波長７８０ｎｍ以上の赤外線を回折する回折光学素子を用いる場合は、波長７８０ｎｍ以上の赤外線を発し得る光源を選択することが好ましい。
【００５７】
本開示の光照射装置は、前記本開示に係る回折格子を少なくとも１つ備えればよく、必要に応じて更に他の光学素子を備えていてもよい。他の光学素子としては、例えば、偏光板、レンズ、プリズム、特定波長、中でも回折光学素子の対象波長を透過するパスフィルターなどが挙げられる。複数の光学素子を組み合わせて用いる場合は、界面反射を抑制する点から、光学素子同士を貼り合わせることが好ましい。
【００５８】
＜光照射装置の用途＞
本開示に係る光照射装置は、所望の形状に整形された光を照射することができ、また、赤外線が利用可能な点から、センサー用の光照射装置として好適に用いることができる。光を効果的に整形できる点から例えば夜間の赤外線照明、防犯センサー用照明、人感知センサー用照明、無人航空機や自動車等の衝突防止センサー用照明、個人認証装置用の照明、検査装置用の照明、などに使用することができ、光源の簡略化、小型化や省電力化が可能となる。
【実施例】
【００５９】
以下、本開示について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本開示を制限するものではない。
【００６０】
（回折格子の設計）
シミュレーションツールを使い、下記の条件にて形状設計を行った。
対象光源：波長  ９８０ｎｍのレーザー光
材料屈折率：１．４５６
拡散形状：長辺±５０°×短辺±３．３°に広がる矩形
エリアサイズ：５ｍｍ角
回折格子のレベル：２−ｌｅｖｅｌ（２値）
得られた回折格子形状の最適深さは１０８７ｎｍ、最も細かい形状のピッチは２５０ｎｍとなり、最大アスペクト比は４．３５となった。
【００６１】
（金型作成）
６インチ角サイズの合成石英板を用い、電子線描画装置とドライエッチング装置を使用した電子線リソグラフィプロセスにより、設計した形状の石英ＤＯＥを作成した。
ＳＥＭ観察では所定の寸法に仕上がっていることを確認でき、また９８０ｎｍのレーザーを入射させ、回折光をスクリーンに投影し赤外線カメラで観察したところ、所定の矩形形状に広がっていることを確認できた。
【００６２】
（樹脂賦型方法）
回折層の樹脂賦型は次の通り行った。
まず前記石英ＤＯＥを金型とし、回折面に後述する実施例及び比較例の電離放射線硬化性樹脂組成物を滴下した。次に透明基材としてＰＥＴフィルム（東洋紡  コスモシャイン  Ａ４３００、１００μｍ厚）を上からローラーでラミネートし、前記電離放射線硬化性樹脂組成物を均一に広げた。さらにその状態のまま２０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を透明基材側から照射し、前記電離放射線硬化性樹脂を硬化させた後に、透明基材と賦型層を金型から剥離し、回折光学素子を得た。
【００６３】
（硬化後の紫外線硬化性樹脂組成物の物性の測定）
下記表１に記載の紫外線硬化性樹脂組成物１〜７を準備し、それぞれ２０００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギーの紫外線を１分以上照射することにより十分に硬化させて、基材及び凹凸形状を有しない、厚さ１ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験用単膜をそれぞれ得た。
次いで、ＪＩＳ  Ｋ７２４４に準拠し、２５℃下、上記樹脂組成物の硬化物の長さ方向に１０Ｈｚで２５ｇの周期的外力を加え、動的粘弾性を測定することにより、２５℃における、貯蔵弾性率Ｅ’、及び損失弾性率Ｅ”を求めた。また、当該Ｅ’及びＥ”の結果からｔａｎδを算出した。測定装置はＵＢＭ製  Ｒｈｅｏｇｅｌ  Ｅ４００を用いた。結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
2017126064.tif 000003
【００６５】
（実施例１）
前記紫外線硬化性樹脂組成物１を用い、前記樹脂賦型方法に従って、回折光学素子１を得た。得られた回折光学素子１の外観は良好であり、９８０ｎｍのレーザーによる回折形状を赤外線カメラで観察したところ、所定の矩形形状に広がっていることを確認できた。またＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察でも高い形状再現性を確認できており、柔らかい布（ザヴィーナミニマックス  富士ケミカル製）でこすったくらいでは傷つかなかった。
【００６６】
（実施例２）
実施例１において、紫外線硬化性樹脂組成物１の代わりに前記紫外線硬化性樹脂組成物２を用いた以外は、実施例１と同様にして、回折光学素子２を得た。得られた回折光学素子２の外観は良好であり、９８０ｎｍのレーザーによる回折形状を赤外線カメラで観察したところ、所定の矩形形状に広がっていることを確認できた。またＳＥＭでも高い形状再現性を確認できており、柔らかい布（ザヴィーナミニマックス  富士ケミカル製）でこすったくらいでは傷つかなかった。
【００６７】
（実施例３）
実施例１において、紫外線硬化性樹脂組成物１の代わりに前記紫外線硬化性樹脂組成物３を用いた以外は、実施例１と同様にして、回折光学素子３を得た。得られた回折光学素子３の外観は良好であり、９８０ｎｍのレーザーによる回折形状を赤外線カメラで観察したところ、所定の矩形形状に広がっていることを確認できた。またＳＥＭでも高い形状再現性を確認できており、柔らかい布（ザヴィーナミニマックス  富士ケミカル製）でこすったくらいでは傷つかなかったが、強くこすると傷が入ることがあった。
【００６８】
（実施例４）
実施例１において、紫外線硬化性樹脂組成物１の代わりに前記紫外線硬化性樹脂組成物４を用いた以外は、実施例１と同様にして、回折光学素子４を得た。得られた回折光学素子４の外観は良好であり、９８０ｎｍのレーザーによる回折形状を赤外線カメラで観察したところ、所定の矩形形状に広がっていることを確認できた。またＳＥＭでも高い形状再現性を確認できていた。柔らかい布（ザヴィーナミニマックス  富士ケミカル製）でこすったくらいでは傷つかなかったが、強くこすると跡が残り、時間が経つにつれて復元した。
【００６９】
（参考例１）
実施例１において、紫外線硬化性樹脂組成物１の代わりに前記紫外線硬化性樹脂組成物５を用いた以外は、実施例１と同様にして回折光学素子の製造を行ったところ、離型の際に樹脂にクラックが入り、またＳＥＭでは微細形状の破損が観察された。
【００７０】
（参考例２）
実施例１において、紫外線硬化性樹脂組成物１の代わりに前記紫外線硬化性樹脂組成物６を用いた以外は、実施例１と同様にして回折光学素子の製造を行った。得られた回折光学素子は、柔らかい布（ザヴィーナミニマックス  富士ケミカル製）でこすると跡が残り、その後も復元しなかった。
【００７１】
（参考例３）
実施例１において、紫外線硬化性樹脂組成物１の代わりに前記紫外線硬化性樹脂組成物７を用いた以外は、実施例１と同様にして回折光学素子の製造を行った。得られた回折光学素子は、回折層が白く濁っており、ＳＥＭ観察では微細形状の壁の変形が観察された。
【００７２】
［実施例５］
前記紫外線硬化性樹脂組成物１を用いて、種々の回折光学素子を製造した。
（実施例５−１）
・２レベルの金型作製
６インチ角サイズの合成石英板を用い、電子線描画装置とドライエッチング装置を使用した電子線リソグラフィプロセスにより、ライン／スペース幅  １４７ｎｍ／１５１ｎｍ、溝高さ（深さ）  ９５２μｍ、の２レベル回折パターンを含む金型Ｂを作製した。
次いで、前記金型Ｂを用いた以外は、前記樹脂賦型方法と同様の手順で回折光学素子を得た。
【００７３】
（硬化後の紫外線硬化性樹脂組成物の形状測定）
実施例５−１で得られた回折光学素子の断面をＳＥＭにて確認したところ、樹脂幅１５１ｎｍ、樹脂高さ（深さ）９２８ｎｍのパターン部（アスペクト比６．１５）が突起の倒れやもげなどなく賦型できていた。また、所定の光学系を使った光拡散を行い、設計通りの光拡散形状を確認できた。
【００７４】
（実施例５−２）
・多段形状（４−レベル）の金型作製
６インチ角サイズの合成石英板を用い、電子線描画装置とドライエッチング装置を使用した電子線リソグラフィプロセスにより、ピッチ４００ｎｍ、深さ７６７ｎｍの４レベルの回折パターンを含む金型Ｃを作製した。
次いで、前記金型Ｃを用いた以外は、前記樹脂賦型方法と同様の手順で回折光学素子を得た。
【００７５】
（硬化後の紫外線硬化性樹脂組成物の形状測定）
実施例５−２で得られた回折光学素子の断面をＳＥＭにて確認したところ、最も細い段の樹脂幅９３ｎｍ、樹脂高さ７４７ｎｍのパターン部（アスペクト比８．０）が突起の倒れやもげなどなく賦型できていた。また、所定の光学系を使った光拡散を行った。図１８に、本実施例５−２で得られた回折光学素子を透過した回折光のスクリーンに投影された像を示す。正方形に投影された像が１次光であり、設計通りの光拡散形状を確認できた。なお、正方形の下側にある点は０次光である。
【００７６】
実施例１〜５の結果に示される通り、硬化後の２５℃における貯蔵弾性率（Ｅ’）が１×１０８Ｐａ以上５×１０９Ｐａ以下であり、且つ、硬化後の２５℃における貯蔵弾性率（Ｅ’）に対する損失弾性率（Ｅ”）の比（ｔａｎδ（＝Ｅ”／Ｅ’））が０．３以下である電離放射線樹脂組成物を用いることにより、破断やスティッキングを抑制されたアスペクト比が２以上の所望の凸部を形成することができることが明らかとなった。
【００７７】
（実施例６）
次に、下記に従って２値の回折光学素子の回折像に関するシミュレーションを行った。
凸部を形成する樹脂材料の屈折率を１．５とし、ラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ  凸部幅：凹部幅）を１：１に固定した上で、凸部の幅と高さを変更することにより、アスペクト比を変化させた。
光源は、波長８００ｎｍ、又は、９８０ｎｍのレーザー光とし、入射角を１５°、３０°、及び６０°の３点とした。なお入射角は、回折光学素子の面に対して垂直方向を０°とする。
結果を下表２〜５に示す。なお、表中の０次光強度、１次光強度の数値は、入射光の強度を１としたときの相対強度である。
【００７８】
【表２】
2017126064.tif 000004
【００７９】
【表３】
2017126064.tif 000005
【００８０】
【表４】
2017126064.tif 000006
【００８１】
【表５】
2017126064.tif 000007
【００８２】
［結果のまとめ］
実施例６の結果から、凸部のアスペクト比を２以上とすることにより、１次光の強度が０．３以上となる回折光学素子を設計できることが明らかとなった。このように本開示によれば、電離放射線硬化性樹脂組成物を賦型することにより、所望の回折光が得られ、耐久性に優れた回折光学素子が製造できる。また、本開示の回折光学素子によれば、波長９００ｎｍ以上の赤外光を利用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１  回折層
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ    部分周期構造（領域）
２  高屈折率部
３  低屈折率部
４  透明基材
５  被覆層
６  粘着層（接着層）
７  低屈折率樹脂層
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ、８Ｄ  ４−ｌｅｖｅｌでの深さが異なる構造（領域）
９  反射防止層
１０  回折光学素子
１１  基板
１２  発光体
１３  光源
１４  ガラス板
１５  粘着層（接着層）
２０  光照射装置
２１  照射光
２２  スクリーン
２３  照射光の照射領域
２４  回折光学素子を通過した光の照射領域
２５  ０次光
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ  １次光（回折光）
２７  ０次光照射位置
３１  金型
３２  電離放射線硬化性樹脂組成物
３３  透明基材
３４  加圧ローラ
３５  電離放射線照射
３６  硬化膜
１０１  基材
１０２、１０３  破断した樹脂
１０４  金型
１０５  スティッキングした樹脂
【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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