CN108474878B

CN108474878B - 衍射光学元件和光照射装置

Info

Publication number: CN108474878B
Application number: CN201680077883.3A
Authority: CN
Inventors: 宫崎祐一; 登山伸人; 吉冈英范
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2016-01-08
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2021-07-27
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: US20190346108A1; FI3401711T3; US10591133B2; CN108474878A; EP3401711A4; US10704763B2; EP3401711A1; WO2017119400A1; EP3401711B1; DK3401711T3; US20190178468A1

Abstract

本发明提供一种可获得期望的衍射光且耐久性优异的衍射光学元件。一种衍射光学元件，其是对来自光源的光进行整形的光学元件，具备具有低折射率部和高折射率部的周期结构的衍射层，包括上述周期结构中的高折射率部的高宽比为2以上的部分。

Description

衍射光学元件和光照射装置

技术领域

本申请涉及衍射光学元件和光照射装置。

背景技术

近年来，用于规避由网络普及导致的保密风险的个人认证的需求、汽车的自动驾驶化的趋势、或者所谓“物联网”的普及等方面，需要传感器系统的局面日益增加。传感器存在各种种类，检测的信息也各种各样，作为其中的一个手段，有自光源对对象物照射光，并从反射过来的光获得信息的手段。例如，其中的一例是图案认证传感器、红外线雷达等。

这些传感器的光源可使用具有与用途相符的波长分布、亮度、扩散度的光源。光的波长经常使用可见光～红外线，尤其是，红外线具有难以受到外光影响、不可见且能够对对象物的略微内部进行观察的特征，因此被广泛使用。另外，作为光源的种类，大多使用LED光源、激光光源等。例如，为了对远处进行检测可适当地使用光扩散少的激光光源，对较近处进行检测时、对具有某种程度的扩散度的区域进行照射时，可适当地使用LED光源。

然而，作为对象的照射区域的大小、形状不一定与来自光源的光的扩散度(profile)一致，此时，需要利用扩散板、棱镜、遮光板等对光进行整形。最近，开发了被称为Light Shaping Diffuser(光整形扩散器，LSD)的能够在某种程度上对光的形状进行整形的扩散板。

另外，作为对光进行整形的其它手段，可列举出衍射光学元件(DiffractiveOptical Element：DOE)。其应用了光穿过具有不同折射率的材料呈周期性排列的部位时的衍射现象。DOE基本上是对于单一波长的光而设计的，理论上能够将光整形为大致任意的形状。另外，在上述LSD中，照射区域内的光强度呈现高斯分布，与此相对，DOE能够控制照射区域内的光分布的均匀性。DOE的这种特性在通过抑制对无用区域的照射而实现的高效率化、通过削减光源数等而实现的装置小型化等方面是有利的(例如专利文献1等)。

另外，DOE也可应对于激光之类的平行光源、LED之类的扩散光源中的任一者，另外，可应用于紫外光～可见光、红外线的广泛的波长。

DOE需要nm数量级的微细加工，尤其是，为了对长波长的光进行衍射而需要形成高宽比高的微细形状。因此，DOE的制造以往使用了采用电子射线的电子射线光刻技术。例如，通过在紫外线～近红外线区域为透明的石英板上成膜硬质掩膜、抗蚀层后，使用电子射线将抗蚀层描画成规定的形状，依次进行抗蚀层显影、硬质掩膜的干式蚀刻、石英的干式蚀刻，在石英板表面形成图案后，去除硬质掩膜，从而能够得到期望的DOE。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-170320号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，作为传感中使用的光的波长，尤其是，红外线具有难以受到外光影响、不可见且能够对对象物的略微内部进行观察的特征，因此被广泛使用。作为外光，作为妨碍传感的光，其代表物是太阳光。太阳光中的可见光的光线非常强而红外线较弱，尤其是地表附近的太阳光由于大气中的水蒸气的影响，在波长940nm附近(波长900nm以上且1000nm以下)和波长1100nm以上且1200nm以下的强度降低。因此，在室外传感器等用途中，从灵敏度的观点出发使用红外线是有利的，尤其是，使用上述波长区域的光是特别有利的。为了对上述红外波长区域的光进行衍射，需要对DOE的衍射层中的凸部进行加深(＝增大高宽比)。

另外，DOE制造中的以往的电子射线光刻技术如上所述需要复杂且多阶段的工序，因此存在下述问题：生产能力(每单位时间的生产率，throughput)小而无法大量生产的问题、由此导致制造成本变高的问题。

作为解决这种问题的方法，可以考虑将通过电子射线光刻制作的DOE用作模具，并对树脂组合物进行赋形(压印)，从而进行复制的方法。作为赋形手段，可列举出例如注射成形；热压印；基于双液固化型树脂、可溶性树脂的复制；基于紫外线固化性树脂、电子射线固化性树脂等电离辐射固化性树脂的压印等。其中，本发明人等从能够在短时间内发生固化、能够明显改善生产能力的观点出发，着眼于基于电离辐射固化性树脂的赋形，并进行了研究。然而，在赋形成nm数量级且高宽比高的微细形状的情况下，有时固化后的树脂脱模困难，用于形成衍射光栅的图案的树脂折断或破裂。另一方面，如果为了规避该现象而对树脂赋予柔软性，则存在下述问题：在脱模时树脂发生变形或者该变形的树脂彼此粘在一起(粘连)的问题、所得DOE容易损伤的问题。

如果用于形成衍射光栅的图案的树脂发生折断、破裂(图19)、粘连(图20)等，则存在如下情况：无法进行照射区域中的均匀的光照射的情况、无法将光整形为期望形状的情况。

一般来说，与作为红外线用衍射光栅材料而广泛使用的硅(Si)材料相比，人工石英、树脂组合物的固化物存在折射率小的倾向。因此，使用树脂组合物制造能够获得与硅材料相同的衍射光的衍射光学元件时，与硅材料相比，需要形成高宽比大的凸部。

因此，上述破裂、粘连在衍射光学元件的制造中成为明显的问题。

本申请的实施方式的目的在于，提供能够获得期望的衍射光且耐久性优异的衍射光学元件、以及使用了该衍射光学元件能够得到期望照射区域的光照射装置。

用于解决问题的方法

本申请的一个实施方式提供一种衍射光学元件，其是对来自光源的光进行整形的光学元件，

具备具有低折射率部和高折射率部的周期结构的衍射层，

包括上述周期结构中的高折射率部的高宽比为2以上的部分。

本申请的一个实施方式提供一种衍射光学元件，其中，上述高折射率部由电离辐射固化性树脂组合物的固化物形成。

本申请的一个实施方式提供一种衍射光学元件，其中，上述电离辐射固化性树脂组合物的固化物的25℃下的储能模量(E’)为1×10⁸Pa以上且5×10⁹Pa以下，并且，上述电离辐射固化性树脂组合物的固化物的25℃下的损失弹性模量(E”)相对于储能模量(E’)之比(tanδ(＝E”/E’))为0.3以下。

本申请的一个实施方式提供一种衍射光学元件，其中，上述衍射层的截面形状中，形成上述高折射率部的凸部包含高度为1000nm以上的部分。

本申请的一个实施方式提供一种衍射光学元件，其中，上述衍射层的截面形状中，形成上述高折射率部的凸部是具有2个以上的平坦部的多级形状。

本申请的一个实施方式提供一种衍射光学元件，其中，上述多级形状的凸部处的高宽比为3.5以上。

本申请的一个实施方式提供一种衍射光学元件，其中，上述低折射率部为空气。

本申请的一个实施方式提供一种衍射光学元件，其中，在透明基材上依次具有上述衍射层和覆盖层。

本申请的一个实施方式提供一种衍射光学元件，其中，在最外表面具备防反射层。

本申请的一个实施方式提供一种衍射光学元件，其对波长为780nm以上的红外线进行衍射。

本申请的一个实施方式提供一种光照射装置，其具备光源和1个以上的上述本申请的衍射光学元件。

本申请的一个实施方式提供一种光照射装置，其中，上述光源是能够发出波长为780nm以上的红外线的光源。

发明的效果

根据本申请，可以获得能够得到期望的衍射光且耐久性优异的衍射光学元件、以及使用该衍射光学元件能够得到期望照射区域的光照射装置。

附图说明

图1为示意性地示出衍射光学元件的一个实施方式的俯视图。

图2为示意性地示出衍射光学元件的一个实施方式中的部分周期结构的一例的立体图。

图3为示意性地示出图2的E-E’截面的一例的截面图。

图4为示意性地示出衍射光学元件的一个实施方式的截面图。

图5为示意性地示出衍射光学元件的另一个实施方式的截面图。

图6为示意性地示出衍射光学元件的另一个实施方式的截面图。

图7为示意性地示出衍射光学元件的另一个实施方式的截面图。

图8为示意性地示出衍射光学元件的另一个实施方式的截面图。

图9为示意性地示出衍射光学元件的另一个实施方式的截面图。

图10为示意性地示出将入射光扩散成圆形的衍射层(4-level)的周期结构的一例的俯视图。

图11为示意性地示出光照射装置的一个实施方式的截面图。

图12为用于说明衍射光学元件的附图。

图13为用于说明衍射光学元件的附图。

图14的(a)为图12的(a)的例子中的屏幕22的主视图。另外，图14的(c)为图13的(c)的例子中的屏幕22的主视图。

图15为用于说明高宽比的附图。

图16为示意性地示出周期结构的变形例的截面图。

图17为示意性地示出衍射光学元件的制造方法的一例的工序图。

图18为透过实施例5-2中得到的衍射光学元件的衍射光的屏幕投影图。

图19为示意性地示出以往的衍射光学元件的制造时的树脂破裂的一例的截面图。

图20为示意性地示出以往的衍射光学元件的粘连的一例的截面图。

具体实施方式

以下，对于本申请的衍射光学元件和光照射装置，依次进行详细说明。

需要说明的是，关于本申请中使用的对形状、几何学条件以及它们的程度进行限定的例如“平行”、“正交”、“相同”等术语、长度、角度的值等，不限定于严密的含义，解释为包括可期待相同功能的程度的范围。另外，该说明书中的“俯视”是指对于衍射光学元件的上表面从垂直方向进行目视确认。通常，相当于从垂直方向对衍射光学元件的具有衍射层的面进行目视确认(相当于图1那样的俯视图的方向)。

本申请中，电离辐射包括可见区域和非可见区域的波长的电磁波，进而包括辐射，辐射包括例如微波、电子射线。具体而言，是指波长为5μm以下的电磁波和电子射线。

本申请中，(甲基)丙烯酸类分别表示丙烯酸类或甲基丙烯酸类，(甲基)丙烯酸酯分别表示丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，(甲基)丙烯酰基分别表示丙烯酰基或甲基丙烯酰基。

本申请中，“对光进行整形”是指通过控制光的前进方向而使投影至对象物或对象区域的光的形状(照射区域)呈现任意形状。例如是指：如图12的例子所示，通过使在直接投影至平面形状的屏幕22的情况下照射区域23呈现圆形的光(图12的(b))透过本申请的衍射光学元件10，从而使照射区域呈现正方形(图12的(a)的24)、长方形、圆形(未图示)等目标形状。

本申请中，对于来自光源的光而言，有时将透过衍射光学元件而未经衍射地直接射出的光称为0次光(图12的25)，将衍射光学元件中产生的衍射光称为1次光(图12的26)。

本申请中，衍射层的截面形状定义为将衍射光学元件静置于水平面时的形状。在图2的例子中，在周期结构的重复方向上取X轴，以与X轴正交且XY形成水平面的方式取Y轴，在垂直于XY水平面的方向上取Z轴。本申请中，将凸部间的谷底(Z的极小点)作为高度0的基准，另外，将高度0的部分作为凹部。另外，本申请中，将具有高度H(H>0)的部分作为凸部。另一方面，本申请中，有时将凸部的最大高度作为基准，从而将至凸部间的谷底为止作为深度，但本申请中，高度与深度处于正反面关系，在着眼于凸部的情况下记作高度，在着眼于凹部的情况下记作深度，实质上是相同的。

本申请中，有时将衍射层的截面形状为图3的例子所示那样的、高度0的凹部与高度H的凸部的重复结构称为二值(2-level)形状。另外，本申请中，对于衍射层的截面形状而言，有时将凸部具有2个以上的平坦部(大致水平部)的形状称为多级形状，在该多级形状的凸部和凹部合起来具有n个平坦部的情况下，有时称为n值(n-level)形状。

另外，本申请中，透明是指至少透过目标波长的光。例如，即使不透过可见光，但只要透过红外线，则在用于红外线用途的情况下就视作透明。

[衍射光学元件]

本申请的实施方式所述的衍射光学元件的特征在于，其是对来自光源的光进行整形的光学元件，

具备具有低折射率部和高折射率部的周期结构的衍射层，

包括上述周期结构中的高折射率部的高宽比为2以上的部分。

对于本申请的一个实施方式的衍射光学元件，参照附图进行说明。图1是示意性地示出本申请的衍射光学元件的一个实施方式的俯视图，图2是示意性地示出图1的衍射光学元件的例子中的部分周期结构的一例的立体图，图3是示意性地示出图2的E-E’截面的一例的截面图。

本申请的衍射光学元件10的特征在于，具备具有低折射率部3和高折射率部2的周期结构的衍射层1，包括该周期结构中的高折射率部2的高宽比(高度H/宽度W)为2以上的部分。本申请的衍射光学元件通常具备具有不同周期结构的多个区域(例如图1的A～D区域)。需要说明的是，图1的例子中，部分周期结构A～D区域为凹凸的二值(2-level)(例如图3的衍射层1等)，但为了将光整形成期望形状，需要适当设计区域的形状、深度(例如，图10所示的4-level的衍射元件中，8A、8B、8C、8D的深度各不相同(例如参照图16的(C)))。

图4～图7是示意性地示出与本申请的衍射光学元件相关的其它实施方式的例子的截面图。本申请的衍射光学元件可以如图4的例子所示在透明基材4上具备衍射层1，也可以如图5的例子所示在衍射层1上具备覆盖层5，还可以如图6的例子所示借助粘合层(粘接层)6在衍射层1上设置有覆盖层5。另外，本申请的衍射光学元件不限定于低折射率部3为空气的情况，如图7的例子所示，可以为低折射率树脂7。从机械强度优异的观点出发，低折射率部优选由低折射率树脂形成。另一方面，从增大折射率差的观点出发，低折射率部优选为空气。

另外，图8～图9是示意性地示出与本申请的衍射光学元件相关的其它实施方式的例子的截面图。如图8和图9的例子所示，从抑制反射光从而提高光利用效率的观点出发，本申请的衍射光学元件优选在最外表面具备防反射层9。

如图8的例子所示，防反射层9可以直接设置在衍射光学元件10上，也可以构成最外表面，还可以如图9的例子所示在衍射光学元件10与防反射层9之间借助其它层和/或其它部件来进行设置。在图9的例子中，在玻璃板14上借助粘合层(粘接层)15而贴合有衍射光学元件10，在该玻璃板14的与衍射光学元件10相反的一侧的面上设置有防反射层9。防反射层9优选设置在光入射侧的最外表面。防反射层的具体方式在后面叙述。

根据本申请的实施方式，由于作为高折射率部的凸部的高宽比为2以上，因此，能够制成例如即使是波长比以往更长的红外线(例如900nm以上的红外线)也可形成期望的形状、并且可以得到0次光受到抑制的衍射光的衍射光学元件。

本申请中，在凸部为二值形状的情况下，高宽比用(凸部的高度H)/(凸部的宽度W)定义。另外，本申请中，在凸部为多级形状的情况下，高宽比用(凸部的高度H)/(凸部的最小加工宽度W)定义。

本申请中，凸部的宽度设为凸部的高度H的一半高度(H/2)处的宽度(参照图15的(A))。另外，本申请中，凸部的最小加工宽度是指：在多级形状的凸部中，与形成高度h的范围相当的部分的宽度，具体而言，如图15的(B)那样，将具有第2段平坦部的高度(H-h)作为下端，将高度H的平坦部作为上端，将自下端起一半高度(h/2)处的宽度定义为最小加工宽度W。

这是因为：通过如此定义高宽比，衍射光栅的光学设计、从模具中取出的取出容易度与高宽比的相关性变高。

具体而言，可以由利用扫描电子显微镜(SEM)对衍射层的截面拍摄得到的图像来计测高度H、宽度W。

<衍射层的形状>

一般来说，衍射光栅的形状根据光的波长、透光材料的折射率(差值)和必要的衍射角来决定。例如，使用在空气中的折射率为1.5的材料，使激光光线垂直射入至衍射光学元件的衍射层的表面上时，光的波长越长则衍射光栅的最佳槽深度越深，相对于波长为980nm的红外线需要约1000nm的深度。即，本申请的衍射光学元件中，对于衍射层的截面形状而言，形成上述高折射率部的凸部优选包括高度为1000nm以上的部分。

另外，为了使光沿着衍射角30°的方向发生衍射，衍射光栅的高宽比为1左右即可，为了使光沿着衍射角70°的方向发生衍射，高宽比为1.87左右即可。

但是，这是使光仅沿着一个方向发生衍射的情况，实际上作为传感器的光源使用时，需要使衍射光相对于某一规定区域均匀地扩散。因此，需要将具有各种衍射角度、衍射方向的区域复杂地组合，作为其结果，包括间距变得非常狭窄的区域(例如图1、图10)。此处，衍射光栅的最佳深度根据光的波长和折射率、level数来决定，因此，通过使间距变窄而使高宽比达到2以上，有时也超过4。例如，相对于980nm的激光光线，将材质设为石英，利用2-level来设计扩散至长边±50°×短边±3.3°的矩形的扩散形状时，衍射光栅的最佳深度为1087nm，最细形状的间距设为250nm时，最大高宽比超过4。

这些设计可以使用例如使用了严密耦合波分析(RCWA)算法的Grating MOD(Rsoft公司制)、使用了反复傅里叶变换算法(IFTA)的Virtuallab(LightTrans公司制)等各种模拟工具来进行。

在光源不是激光而是LED的情况下，考虑斜向入射光来进行设计即可。

本申请所述的衍射光学元件包括衍射层的周期结构中的高折射率部的高宽比为2以上的部分，因此，可以将波长780nm以上的红外线整形为期望的形状。

周期结构的截面形状可以是图3～图7所示的矩形，另外，截面可以是图16的(A)～(D)那样的形状。通过将高折射率部的截面形状制成图16的(A)～(D)那样的细头形状，制造时从模具中脱模的脱模性优异。

另外，为了提高衍射光学元件的衍射效率，将衍射光栅从通常的二值(2-level：图3～图7)增加至多级形状(4-level(图16的(C))、8-level(图16的(D))是有效的，但是若过度增加，则模具制作工序变得复杂，导致成本上升，因此，在本申请中，优选从二值～八值之中适当选择。

如果增加level数，则影响高宽比的槽深度逐渐变大，但作为例子而使用折射率为1.5的树脂时，深度接近对象波长的2倍的深度。对象波长越长，则所需的槽深度越深，因此，加工难易程度增加。另外，在设计时使用的最小加工槽宽度通常设定为对象波长的1/4左右，但为了提高效率也可以使其进一步变细。但是，如果使其过度变细，则难以加工，也耗费时间，因此，优选抑制至80nm～100nm左右。

最大高宽比通常达到8左右，在重视效率的情况下，相对于红外线，有时也提高至25左右为止。

本申请的衍射光学元件通过使用后述的电离辐射固化性树脂组合物来形成具有周期结构的高折射率部，即使在包括高宽比为2以上、进而为4以上的部分的情况下，也能够获得可靠性优异、包括上述那样的高宽比为8以下、进而为25以下的部分的衍射光学元件。

本申请的衍射光学元件中，将凸部作为线(L)、将凹部作为空间(S)时的线和间隔比(L/S)没有特别限定，以能够得到期望衍射光的方式进行适当设定即可，例如可以在0.6～1.2的范围内适当设定，从衍射效率的观点出发，优选为0.8～1.0的范围。

另外，本申请的衍射光学元件中，从容易增大衍射角的观点出发，优选为具有2个以上的平坦部的多级形状。

本申请的衍射光学元件由于高宽比为2以上而能够削弱0次光，但在增大衍射角的情况下，也能够一边去除0次光一边获得期望形状的衍射光。对此，参照附图进行说明。图12和图13是用于说明衍射光学元件的附图。另外，图14的(a)是图12的(a)的例子中的屏幕22的主视图，图14的(c)是图13的(c)的例子中的屏幕22的主视图。

在图12的(a)的例子中，照射光21在衍射光学元件10发生衍射，在屏幕22上形成有像24那样的正方形的像。如图14的(a)所示，该正方形的像包括0次光照射位置27，因此，像之中包含0次光。本申请的实施方式中，由于0次光受到抑制，因此，即使是这样的情况也能够得到良好的衍射光。

另一方面，在图13的(c)的例子中，将1次光26a和26b的衍射角设定得比图12的(a)的例子更大，由此如图14的(c)所示，正方形的像不再包括0次光照射位置27。通过这样地将最大衍射角设计得较大，能够得到不含0次光的衍射光。由此，本申请的衍射光学元件中，优选为具有2个以上的平坦部的多级形状，进一步优选高宽比为3.5以上。

<电离辐射固化性树脂组合物的固化物>

本申请的衍射光学元件中，从提高生产能力的观点出发，上述高折射率部优选为电离辐射固化性树脂组合物的固化物。电离辐射固化性树脂组合物的固化物是通过光的作用使后述电离辐射固化性树脂组合物固化而得到的。通过后述的制造方法，该固化物成为被赋予了规定的周期结构的高折射率部。

本发明人研究了将通过电子射线光刻制作的衍射光学元件用作模具，并用树脂进行赋形(压印)来复制的方法。如果已固化的电离辐射固化性树脂的储能模量(E’)大于5×10⁹[Pa]，则脱模所需的载重变大，高宽比高的部分的树脂有时会折断。据推测这是因为：在模具中发生固化的树脂从模具中脱离时，需要发生某种程度的变形。另一方面可知：如果储能模量(E’)小于1×10⁸[Pa]，则容易剥离但容易发生变形，因此，有时抗不住脱模时的树脂拉伸而发生破裂，或者衍射光学元件的衍射层的耐久性降低。进而获得如下见解：已固化的树脂的tanδ超过0.3时，有时脱模时的变形恢复不到原状，或者施加外力时相邻的高折射率部粘在一起(粘连)。

根据该研究结果，在本申请中，作为电离辐射固化性树脂组合物，优选选择并使用该电离辐射固化性树脂组合物的固化物的25℃下的储能模量(E’)为1×10⁸Pa以上且5×10⁹Pa以下、并且上述电离辐射固化性树脂组合物的固化物的25℃下的损失弹性模量(E”)相对于储能模量(E’)之比(tanδ(＝E”/E’)以下有时称为损耗角正切)达到0.3以下的组合物。这是因为：通过选择并使用这样的树脂组合物，能够抑制树脂的折断、破裂，且脱模性优异，脱模时的变形也受到抑制。

本申请中，储能模量(E’)和损失弹性模量(E”)按照JIS K7244，通过下述方法进行测定。

首先，通过对电离辐射固化性树脂组合物照射1分钟以上的能量为2000mJ/cm²的紫外线而使其充分固化，从而制成不具有基材和凹凸形状且厚度为1mm、宽度为5mm、长度为30mm的单膜。

接着，在25℃下沿着上述树脂组合物的固化物的长度方向以10Hz施加25g的周期性外力，并测定动态粘弹性，由此求出25℃下的E’、E”。作为测定装置，可以使用例如UBM公司制造的Rheogel E400。

或者，向DOE侧表面按压压子，能够求出DOE表面的储能模量(E’)、损失弹性模量(E”)和tanδ。测定装置可以使用例如Hysitron公司制造的TI950TRIBOINDENTER+nanoDMAIII等的纳米压痕法。

本申请中，电离辐射固化性树脂组合物的固化物的25℃下的储能模量(E’)为1×10⁸Pa以上且5×10⁹Pa以下，从抑制树脂的折断或破裂、且脱模性优异、脱模时的变形也受到抑制的观点出发，其中优选为2×10⁸Pa以上且4×10⁹Pa以下。

另外，本申请中，tanδ为0.3以下，从抑制树脂的折断或破裂、且脱模性优异、脱模时的变形也受到抑制的观点出发，其中优选为0.01～0.25。

另外，本申请中，构成高折射率部的树脂组合物的固化物的折射率没有特别限定，优选为1.4～2.0、更优选为1.45～1.8。根据本申请，能够稳定地形成高宽比为2以上的形状，即使是折射率比氧化硅等更低的树脂，也能够得到良好的衍射光学元件。

另外，本申请中，构成高折射率部的树脂组合物的固化物的透过率没有特别限定，红外线透过率(波长850nm)优选为90％以上、更优选为92％以上。

(电离辐射固化性树脂组合物)

电离辐射固化性树脂组合物优选包含电离辐射固化性成分，且在固化后获得上述物性。另外，只要能够使设计的对象波长的光透过即可，固化后即使目视带有颜色，实用方面也没有问题。

需要说明的是，形成衍射光学元件的衍射层的材料存在双折射时，需要对其加以考虑来进行形状设计，而将电离辐射固化性树脂组合物用于赋形时，还存在实用上几乎能够忽视双折射的影响这一优点。

作为上述电离辐射固化性成分，优选为包含具有烯属不饱和键的化合物的组合物，更优选为包含(甲基)丙烯酸酯的组合物。

电离辐射固化性树脂组合物至少含有上述电离辐射固化性成分即可，根据需要，也可以进一步含有其它成分。

另外，从衍射层的高折射率部的柔软性优异、折断或破裂受到抑制的观点出发，上述树脂组合物优选包含具有碳数12以上的长链烷基的化合物。

以下，作为例子，对于包含作为电离辐射固化性成分而优选使用的(甲基)丙烯酸酯的组合物中的各成分，依次进行说明。

(甲基)丙烯酸酯可以是1个分子中具有1个(甲基)丙烯酰基的单官能(甲基)丙烯酸酯，也可以是1个分子中具有2个以上的(甲基)丙烯酰基的多官能丙烯酸酯，也可以将单官能(甲基)丙烯酸酯与多官能(甲基)丙烯酸酯组合使用。

其中，从固化物满足上述物性、高折射率部兼顾柔软性和弹性恢复性的观点出发，优选将单官能(甲基)丙烯酸酯与多官能(甲基)丙烯酸酯组合使用。

作为单官能(甲基)丙烯酸酯的具体例，可列举出例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸丁氧基乙酯、丁氧基乙二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸二环戊酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸甘油酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基乙二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸十三烷基酯、丙烯酸联苯氧基乙酯、双酚A二(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸联苯氧基乙酯、环氧乙烷(甲基)丙烯酸改性联苯氧基乙酯、双酚A环氧(甲基)丙烯酸酯等。这些单官能(甲基)丙烯酸酯可以单独使用1种，或者组合使用两种以上。

单官能(甲基)丙烯酸酯的含量相对于电离辐射固化性树脂组合物的全部固体成分优选为5质量％～40质量％、更优选为10质量％～30质量％。

另外，作为多官能丙烯酸酯的具体例，可列举出例如乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、双酚A二(甲基)丙烯酸酯、四溴双酚A二(甲基)丙烯酸酯、双酚S二(甲基)丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、邻苯二甲酸二(甲基)丙烯酸酯、环氧乙烷改性双酚A二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、三(丙烯酰氧基乙基)异氰脲酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、氨基甲酸酯三(甲基)丙烯酸酯、酯三(甲基)丙烯酸酯、氨基甲酸酯六(甲基)丙烯酸酯、环氧乙烷改性三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯等。其中，从柔软性和恢复性优异的观点出发，优选使用包含环氧烷的多官能(甲基)丙烯酸酯，更优选使用环氧乙烷改性多官能(甲基)丙烯酸酯，进一步优选包含环氧乙烷改性双酚A二(甲基)丙烯酸酯、环氧乙烷改性三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯和聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯中的至少1种。

上述多官能(甲基)丙烯酸酯的含量相对于电离辐射固化性树脂组合物的全部固体成分优选为10质量％～70质量％、更优选为15质量％～65质量％。

电离辐射固化性树脂组合物根据需要可以含有光聚合引发剂。该光聚合引发剂的含量通常相对于电离辐射固化性树脂组合物的全部固体成分为1质量％～20质量％，优选为2质量％～10质量％。

另外，树脂组合物中优选添加脱模剂(具有脱模性的材料)。尤其是，在从模具中剥离的应力大的情况下，因树脂堵塞而招致模具寿命的降低，因此，可根据需要从硅系、氟系、磷酸酯系等公知脱模剂中适当选择并使用。另外，这些脱模剂可根据用途而选择会固定于树脂组合物的交联结构的脱模剂、在游离状态下存在的脱模剂。

作为其它的添加物，可以添加多种抗静电剂、紫外线吸收剂、红外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂等。抗静电剂对于防止加工工艺和使用时的灰尘附着是有效的，紫外线吸收剂、红外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂对于提高耐久性是有效的。添加吸光材料时，需要考虑使其不对衍射光学元件的对象波长造成影响。出于改善耐热性的目的，与倍半硅氧烷等无机材料的复合化等也是有效的。

另外，从对环境的考虑出发，电离辐射固化性树脂组合物优选实质上不含溶剂，但考虑对基材的密合、调整粘度、改善表面品质等，也可以含有溶剂。含有溶剂时，对基材和/或模具涂布树脂后，使溶剂干燥，然后进行赋形。

<透明基材>

本申请的衍射光学元件根据需要也可以是具有透明基材的结构。

本申请中使用的透明基材可以从公知的透明基材中根据用途进行适当选择并使用。作为透明基材中使用的材料的具体例，可列举出例如三乙酰基纤维素等乙酰基纤维素系树脂；聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯系树脂；聚乙烯、聚甲基戊烯等烯烃系树脂；丙烯酸系树脂、聚氨酯系树脂、聚醚砜、聚碳酸酯、聚砜、聚醚、聚醚酮、丙烯腈、甲基丙烯腈、环烯烃聚合物、环烯烃共聚物等透明树脂；钠玻璃、钾玻璃、铅玻璃等玻璃；PLZT等陶瓷；石英、荧石等透明无机材料等。透明基材的双折射对衍射光学元件的效果自身不造成影响，但将向衍射光学元件射入的光、扩散的光的相位差视为问题时，适当选择具有合适的双折射的基材即可。

需要说明的是，此处提及的透明是指通过目视可透视到对面的状态，但只要衍射光学元件能够透过所设计的对象波长的光，则即使目视带有颜色，在实用方面也没有问题。另外，从透明基材侧照射电离辐射而使上述电离辐射固化性树脂组合物发生固化时，透明基材优选尽可能不截留所照射的电离辐射。

上述透明基材的厚度可根据本申请的用途来适当设定，没有特别限定，通常为20μm～5000μm，上述透明基材可以是以卷的形态供给的基材、虽未弯曲至卷绕的程度但通过施加负荷而弯曲的基材、完全不弯曲的基材中的任一者。

本申请中使用的透明基材的结构不限定于由单一层构成的结构，也可以具有层叠有多层的结构。具有层叠有多层的结构的情况下，可以层叠同一组成的层，另外，也可以层叠具有不同组成的多层。

另外，可以对透明基材进行用于提高其与上述树脂组合物的密合性的表面处理、底漆层的形成。作为表面处理，可以应用电晕处理、大气压等离子体处理等通常的密合改善处理。另外，底漆层优选与透明基材和树脂组合物这两者具有密合性，且透过对象波长的光。其中，也可以是根据用途主动将透明基材与树脂组合物之间的密合保持得较低，从而将赋形后的衍射层从透明基材上剥离并使用的使用方法。这种使用方法尤其是在想要减薄衍射光学元件的厚度的情况下是有效的。

另外，从防止衍射层损伤等且机械强度优异的观点出发，本申请的衍射光学元件可以是在透明基材上依次具有上述衍射层和覆盖层的结构。作为覆盖层，没有特别限定，优选使用与上述透明基材相同的覆盖层。另外，在衍射层上设置覆盖层的情况下，可以在衍射层与覆盖层之间设置粘合剂(粘接剂)层。作为粘合层(粘接层)用的粘合剂或粘接剂，从现有公知的物质中适当选择即可，可适合地使用压敏粘接剂(粘合剂)、二液固化型粘接剂、紫外线固化型粘接剂、热固化型粘接剂、热熔融型粘接剂等任意粘接形态的物质，在低折射率部为空气的情况下，优选使用流动性低的粘合剂或粘接剂。需要说明的是，在低折射率部的一部分被粘合剂或粘接剂填埋的情况下，考虑该部分来进行衍射层的设计即可。

需要说明的是，通过设置这样的覆盖层，还可期待能够防止以衍射光栅的凹凸作为模具的再复制这一次要效果。

进而，通过形成覆盖层，能够防止异物进入衍射层，能够提高衍射光学元件和光照射装置的长期可靠性。

另外，进而可以在上述透明基材或上述覆盖层的、与衍射层相反一侧的面上进一步设置防反射层。作为防反射层，从现有公知的防反射层中适当选择即可，例如，可以是由低折射率层或高折射率层的单层所形成的折射率层，也可以是将低折射率层和高折射率层依次层叠而成的多层膜，还可以是形成有微细凹凸形状的防反射层。通过设置防反射层，能够提高衍射光学元件的衍射效率。

另外，上述透明基材、上述覆盖层、上述粘合层(粘接层)在不损害本申请效果的范围内，可以含有现有公知的添加剂。作为这样的添加剂，可列举出例如紫外线吸收剂、红外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂等。

<衍射光学元件的制造方法>

本申请的衍射光学元件包含衍射层的周期结构中的高折射率部的高宽比为2以上的部分，因此，在脱模时容易发生折断、粘连。

因此，本申请中，衍射光学元件优选通过下述制造方法来制造。

即，优选设为下述衍射光学元件的制造方法，其是对来自光源的光进行整形的光学元件的制造方法，其具备如下工序：

准备具有规定周期结构的衍射光学元件制造用模具的工序；

对该模具涂布电离辐射固化性树脂组合物而形成涂膜的工序；

对上述涂膜照射电离辐射而形成上述电离辐射固化性树脂组合物的固化膜的工序；以及

将上述固化膜从上述模具脱模的工序，

上述电离辐射固化性树脂组合物的固化物的25℃下的储能模量(E’)为1×10⁸Pa以上且5×10⁹Pa以下，并且，上述电离辐射固化性树脂组合物的固化物的25℃下的损失弹性模量(E”)相对于储能模量(E’)之比(tanδ(＝E”/E’))为0.3以下。

对于上述衍射光学元件的优选制造方法，参照附图进行说明。图17是示意性地示出衍射光学元件的制造方法的一例的工序图。如图17的例子所示，首先，准备形成有期望周期结构的模具31(图17的(A))。接着，在该模具的表面涂布上述电离辐射固化性树脂组合物32而形成涂膜(图17的(B)～(C))。涂布手段没有特别限定，适当选择现有公知的方法即可，在图17的例子中，在电离辐射固化性树脂组合物32上配置透明基材33，使用加压辊34，均匀涂布电离辐射固化性树脂组合物32。接着，对所得涂膜照射电离辐射(35)，使上述电离辐射固化性树脂组合物固化而制成固化膜36(图17的(D))。通过将所得固化膜36从模具31进行脱模，能够得到衍射光学元件(图17的(E))。其后，根据需要，可以剥离透明基材33(未图示)。

以下，对于该制造方法的各工序进行说明，对于与上述本申请的衍射光学元件相同的部分，省略此处的说明。

衍射光学元件制造用模具可通过激光光刻、电子射线光刻、FIB(Focused IonBeam，聚焦离子束)等技术进行加工，但通常适合使用电子射线光刻。

材质只要能够进行高宽比高的加工就可以使用，通常使用石英、Si。另外，也可以使用通过树脂由这些模具复制而成的复制模具(软质模具)、通过Ni电铸而复制得到的复制模具。

另外，根据需要，可以对模具表面实施脱模处理。可以应用氟系、硅系等脱模剂；类金刚石碳、Ni镀层等。处理方法可以从蒸镀、溅射、ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)等气相处理、涂布、浸渍、镀敷等液相处理等中适当选择。

衍射光学元件所需的形状通常小至数mm见方～数cm见方，因此，通过在1个模具内一并加工多个衍射层的形状，能够提高复制的效率。在重视生产能力的情况下，可以一并对上述模具或复制模具进行复制，作为附带多面的模具而供于赋形。

在电离辐射固化性树脂组合物的固化时的体积变化成为问题的情况下，可以对其加以校正而进行模具设计。另外，也可以考虑脱模容易度，制成与模具的微细结构的深处相比靠近开口部侧的横宽变宽的结构(图16的(A)～(D))。此时，所得衍射光学元件的衍射层呈现表面侧变细的形状。

另外，本申请的衍射光学元件通常存在多个周期结构不同的区域，因此，相对于1个衍射光学元件，包含多个间距(横宽)不同的槽，但制作这样的模具时，根据间距(横宽)，存在基于干式蚀刻的深度不均的倾向。但是，这样的不均会导致效率降低，因此，重要的是进行加工工艺的最佳化，抑制至期望深度的±10％以下。

形成高宽比为2以上的凸部时，存在凸部的高度容易产生不均的倾向。此时，通过将模具的深度制作得比设计值略深，尽管具有高度的不均，但仍然容易获得具有期望光学特性的衍射光学元件。

接着，形成电离辐射固化性树脂组合物的涂膜。上述例子中，在模具侧形成电离辐射固化性树脂组合物的涂膜，但也可以在透明基材侧形成涂膜。涂膜的形成方法除了选择上述例子之外，还可以从模涂、棒涂、凹版涂布、旋涂等现有公知的涂布方法中选择适合的方法。

另外，透明基材可以是单片的基材，另外，也可以使用长条的基材，并通过辊对辊方式依次进行涂布工序、电离辐射照射工序和脱模工序。模具是难以弯曲的硬质材料时，透明基材具有柔软性时难以包含气泡，故而优选。反之，作为透明基材而使用硬质基材时，模具优选使用软质模具。

紫外线、电子射线的照射可以照射1次，也可以分多次进行照射，分成多次时，也可以应用使其固化成某种程度并脱模后，进行追加照射的形态。

对于电离辐射固化性树脂而言，如果涂布时的流动性过高，则难以进入微细的槽中，如果流动性过低，则油墨稀薄而扩展，有时无法确保规定的厚度。另外，在辊赋形的情况下，如果流动性过高，则成为油墨滴落的原因。本申请中，优选使用电离辐射固化性树脂组合物的25℃下的粘度为数十[mPas]～数千[mPas]左右的树脂。粘度还因温度而变，因此，优选适当采取适合的温度调整。

[光照射装置]

本申请所述的光照射装置的特征在于，具备光源和1个以上的上述本申请所述的衍射光学元件。

根据本申请的光照射装置，能够照射被整形为期望形状的光。

参照附图来说明本申请的光照射装置。图11是示意性地示出本申请所述的光照射装置的一个实施方式的截面图。图11的例子中示出的光照射装置20在具备基板11和发光体12的光源13的出光面侧具备上述本申请所述的衍射光学元件10。需要说明的是，图11的例子中，在光源13侧配置有透明基材4，但也可以在光源13侧配置有覆盖层5。例如，在透明基材4、覆盖层5、粘合层6中的任一者含有紫外线吸收剂的情况下，从提高衍射光学元件的耐光性的观点出发，优选在与光源相反一侧的面(即，能够入射太阳光等的面)上配置该含有紫外线吸收剂的层。

以下，对于这样的本申请的光照射装置进行说明，关于衍射光学元件，与上述本申请所述的衍射光学元件相同，因此省略此处的说明。

本申请的光照射装置中，光源没有特别限定，可以使用公知的光源。上述本申请所述的衍射光学元件是以规定波长的衍射为目的而设计的，因此，作为光源，优选使用规定波长的强度高的激光光源、LED(发光二极管)光源等。本申请中，即使是具有指向性的激光光源、具有扩散性的LED(发光二极管)光源等任意光源，也可以适合地使用。

本申请中，光源优选从能够再现上述本申请所述的衍射光学元件的设计时作为模拟对象的光源的光源中适当选择。其中，使用对波长780nm以上的红外线进行衍射的衍射光学元件时，优选选择可发出波长780nm以上的红外线的光源。

本申请的光照射装置具备至少1个上述本申请所述的衍射光栅即可，也可以根据需要进一步具备其它光学元件。作为其它光学元件，可列举出例如偏振板、透镜、棱镜、透过特定波长、尤其是衍射光学元件的对象波长的通路滤波器(pass filter)等。组合使用多种光学元件时，从抑制界面反射的观点出发，优选使光学元件彼此贴合。

<光照射装置的用途>

本申请所述的光照射装置可以照射被整形为期望形状的光，另外，从能够利用红外线的观点出发，可适合地用作传感器用的光照射装置。从能够有效地对光进行整形的观点出发，可以用于例如夜间的红外线照明、防盗抢传感器用照明、人感测传感器用照明、无人飞行器、汽车等防冲撞传感器用照明、个人认证装置用照明、检查装置用照明等，能够实现光源的简化、小型化、省电化。

实施例

以下，对于本申请，示出实施例进行具体说明。本申请不限定于这些记载。

(衍射光栅的设计)

使用模拟工具，利用下述条件来进行形状设计。

对象光源：波长为980nm的激光光线

材料折射率：1.456

扩散形状：扩散成长边±50°×短边±3.3°的矩形

区域尺寸：5mm见方

衍射光栅的级别：2-level(二值)

所得衍射光栅形状的最佳深度达到1087nm，最细形状的间距达到250nm，最大高宽比达到4.35。

(模具制作)

使用尺寸为6英寸见方的合成石英板，通过使用了电子射线描画装置和干式蚀刻装置的电子射线光刻工艺，制作出设计形状的石英DOE。

通过SEM观察，可确认精加工成了规定尺寸，另外，使980nm的激光入射，将衍射光投影至屏幕并利用红外线照相机进行观察时，可确认其扩散成规定的矩形形状。

(树脂赋形方法)

衍射层的树脂赋形如下那样地进行。

首先，以上述石英DOE作为模具，对衍射面滴加后述的实施例和比较例的电离辐射固化性树脂组合物。接着，用辊从上方层压作为透明基材的PET膜(东洋纺公司、CosmoshineA4300、100μm厚)，将上述电离辐射固化性树脂组合物均匀地扩展。进而，在该状态下直接从透明基材侧照射2000mJ/cm²的紫外线，使上述电离辐射固化性树脂固化后，将透明基材和赋形层从模具上剥离，从而得到衍射光学元件。

(固化后的紫外线固化性树脂组合物的物性测定)

准备下述表1中记载的紫外线固化性树脂组合物1～7，分别照射1分钟以上的能量为2000mJ/cm²的紫外线从而使其充分固化，分别得到不具有基材和凹凸形状且厚度为1mm、宽度为5mm、长度为30mm的试验用单膜。

接着，按照JIS K7244，在25℃下沿着上述树脂组合物的固化物的长度方向以10Hz施加25g的周期性外力，并测定动态粘弹性，从而求出25℃下的储能模量E’和损失弹性模量E”。另外，由该E’和E”的结果算出tanδ。测定装置使用了UBM公司制造的Rheogel E400。将结果示于表1。

[表1]

表1

(实施例1)

使用上述紫外线固化性树脂组合物1，按照上述树脂赋形方法，得到衍射光学元件1。所得衍射光学元件1的外观良好，利用红外线照相机对基于980nm激光的衍射形状进行观察时，可确认其扩散成规定的矩形形状。另外，SEM(扫描电子显微镜)观察中也可以确认到高的形状再现性，用软布(Savina Minimax、富士化学公司制)擦拭时不会损伤。

(实施例2)

实施例1中，使用上述紫外线固化性树脂组合物2来代替紫外线固化性树脂组合物1，除此之外，与实施例1同样地操作，从而得到衍射光学元件2。所得衍射光学元件2的外观良好，利用红外线照相机对基于980nm激光的衍射形状进行观察时，可确认其扩散成规定的矩形形状。另外，SEM中也可以确认到高的形状再现性，用软布(Savina Minimax、富士化学公司制)擦拭时不会损伤。

(实施例3)

实施例1中，使用上述紫外线固化性树脂组合物3来代替紫外线固化性树脂组合物1，除此之外，与实施例1同样地操作，从而得到衍射光学元件3。所得衍射光学元件3的外观良好，利用红外线照相机对基于980nm激光的衍射形状进行观察时，可确认其扩散成规定的矩形形状。另外，SEM中也可以确认到高的形状再现性，用软布(Savina Minimax、富士化学公司制)擦拭时不会损伤，但强力擦拭时，有时会损伤。

(实施例4)

实施例1中，使用上述紫外线固化性树脂组合物4来代替紫外线固化性树脂组合物1，除此之外，与实施例1同样地操作，从而得到衍射光学元件4。所得衍射光学元件4的外观良好，利用红外线照相机对基于980nm激光的衍射形状进行观察时，可确认其扩散成规定的矩形形状。另外，SEM中也可以确认到高的形状再现性。用软布(Savina Minimax、富士化学公司制)擦拭时不会损伤，但强力擦拭时会残留痕迹，随着时间的流逝而恢复。

(参考例1)

实施例1中，使用上述紫外线固化性树脂组合物5来代替紫外线固化性树脂组合物1，除此之外，与实施例1同样地操作来进行衍射光学元件的制造时，在脱模时树脂中产生裂纹，另外，SEM中可观察到微细形状的破损。

(参考例2)

实施例1中，使用上述紫外线固化性树脂组合物6来代替紫外线固化性树脂组合物1，除此之外，与实施例1同样地操作来进行衍射光学元件的制造。所得衍射光学元件用软布(Savina Minimax、富士化学公司制)擦拭时会残留痕迹，其后也不恢复。

(参考例3)

实施例1中，使用上述紫外线固化性树脂组合物7来代替紫外线固化性树脂组合物1，除此之外，与实施例1同样地操作来进行衍射光学元件的制造。所得衍射光学元件中，衍射层白浊，SEM观察中观察到微细形状的壁的变形。

[实施例5]

使用上述紫外线固化性树脂组合物1，制造各种衍射光学元件。

(实施例5-1)

·2-level的模具制作

使用尺寸为6英寸见方的合成石英板，通过使用了电子射线描画装置和干式蚀刻装置的电子射线光刻工艺，制作包含线/空间宽度为147nm/151nm、槽高度(深度)为952μm的2-level衍射图案的模具B。

接着，使用上述模具B，除此之外，用与上述树脂赋形方法相同的步骤来获得衍射光学元件。

(固化后的紫外线固化性树脂组合物的形状测定)

利用SEM来确认实施例5-1中得到的衍射光学元件的截面时，能够赋形至树脂宽度为151nm、树脂高度(深度)为928nm的图案部(高宽比为6.15)，而没有突起的倒塌、脱落等。另外，使用规定的光学体系来进行光扩散，可以确认到所设计那样的光扩散形状。

(实施例5-2)

·多级形状(4-level)的模具制作

使用尺寸为6英寸见方的合成石英板，通过使用了电子射线描画装置和干式蚀刻装置的电子射线光刻工艺，制作包含间距为400nm、深度为767nm的4-level衍射图案的模具C。

接着，使用上述模具C，除此之外，用与上述树脂赋形方法相同的步骤来获得衍射光学元件。

(固化后的紫外线固化性树脂组合物的形状测定)

利用SEM来确认实施例5-2中得到的衍射光学元件的截面时，能够赋形至最细部的树脂宽度为93nm、树脂高度为747nm的图案部(高宽比为8.0)，而没有突起的倒塌、脱落等。另外，使用规定的光学体系来进行光扩散。图18示出透过了本实施例5-2中得到的衍射光学元件的衍射光的投影至屏幕的像。投影成正方形的像是1次光，可确认到所设计那样的光扩散形状。需要说明的是，存在于正方形下侧的点为0次光。

如实施例1～5的结果所示那样，可明确：通过使用固化后的25℃下的储能模量(E’)为1×10⁸Pa以上且5×10⁹Pa以下、并且、固化后的25℃下的损失弹性模量(E”)相对于储能模量(E’)之比(tanδ(＝E”/E’))为0.3以下的电离辐射树脂组合物，能够形成破裂、粘连受到抑制且高宽比为2以上的期望凸部。

(实施例6)

接着，按照下述来进行与二值的衍射光学元件的衍射像有关的模拟。

通过将形成凸部的树脂材料的折射率设为1.5，将线和间隔(L/S、凸部宽度:凹部宽度)固定为1:1，并且变更凸部的宽度和高度，从而改变高宽比。

光源设为波长800nm或980nm的激光光线，入射角设为15°、30°和60°这三点。需要说明的是，关于入射角，将相对于衍射光学元件的表面为垂直的方向设为0°。

将结果示于下表2～5。需要说明的是，表中的0次光强度、1次光强度的数值是将入射光的强度设为1时的相对强度。

[表2]

表2-1

光源光波长800nm、入射角30°

表2-2

光源光波长800nm、入射角60°

[表3]

表3-1

光源光波长800nm、入射角15°

表3-2

光源光波长800nm、入射角30°

表3-3

光源光波长800nm、入射角60°

[表4]

表4-1

光源光波长980nm、入射角30°

表4-2

光源光波长980nm、入射角60°

[表5]

表5-1

光源光波长980nm、入射角15°

表5-2

光源光波长980nm、入射角30°

表5-3

光源光波长980nm、入射角60°

[结果的总结]

由实施例6的结果可以明确：通过将凸部的高宽比设为2以上，能够设计出1次光的强度达到0.3以上的衍射光学元件。像这样，根据本申请，通过对电离辐射固化性树脂组合物进行赋形，能够得到期望的衍射光，并且能够制造耐久性优异的衍射光学元件。另外，根据本申请的衍射光学元件，能够利用波长900nm以上的红外光。

附图标记说明

1 衍射层

1A、1B、1C、1D 部分周期结构(区域)

2 高折射率部

3 低折射率部

4 透明基材

5 覆盖层

6 粘合层(粘接层)

7 低折射率树脂层

8A、8B、8C、8D 4-level的深度不同的结构(区域)

9 防反射层

10 衍射光学元件

11 基板

12 发光体

13 光源

14 玻璃板

15 粘合层(粘接层)

20 光照射装置

21 照射光

22 屏幕

23 照射光的照射区域

24 通过了衍射光学元件的光的照射区域

25 0次光

26a、26b、26c、26d 1次光(衍射光)

27 0次光照射位置

31 模具

32 电离辐射固化性树脂组合物

33 透明基材

34 加压辊

35 电离辐射照射

36 固化膜

101 基材

102、103 已破裂的树脂

104 模具

105 已粘连的树脂

Claims

1.一种衍射光学元件，其是通过使来自光源的光透过光学元件而进行整形的光学元件，

具备具有低折射率部和高折射率部的周期结构的衍射层，

包括所述周期结构中的高折射率部的高宽比为2以上的部分，

所述高折射率部由电离辐射固化性树脂组合物的固化物形成，

所述电离辐射固化性树脂组合物的固化物的25℃下的储能模量E’为1×10⁸Pa以上且5×10⁹Pa以下，并且，所述电离辐射固化性树脂组合物的固化物的25℃下的损失弹性模量E”相对于储能模量E’之比tanδ为0.3以下，其中，tanδ＝E”/E’。

2.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其中，所述衍射层的截面形状中，形成所述高折射率部的凸部包含高度为1000nm以上的部分。

3.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其中，所述衍射层的截面形状中，形成所述高折射率部的凸部是具有2个以上的平坦部的多级形状。

4.根据权利要求3所述的衍射光学元件，其中，所述多级形状的凸部处的高宽比为 3.5以上。

5.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其中，所述低折射率部为空气。

6.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其中，在透明基材上依次具有所述衍射层和覆盖层。

7.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其中，在最外表面具备防反射层。

8.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其对波长为780nm以上的红外线进行衍射。

9.一种光照射装置，其具备光源和1个以上的权利要求1～8中任一项所述的衍射光学元件。

10.根据权利要求9所述的光照射装置，其中，所述光源是能够发出波长为780nm以上的红外线的光源。