JPWO2008123461A1 - 波長分波光学素子 - Google Patents

Abstract

製作コストが低廉で、著しくシンプルな屈折率多層透明構造体の波長分波光学素子であって、ＷＤＭ方式の近赤外線通信等に用いて多重波長光及び単独波長光を反射分波させる波長分波光学素子を提供することである。本発明の波長分波光学素子は、屈折率の異なる透明樹脂層が複数積層され、最表面層にある透明樹脂層の表面に、所定の間隔になるように形成された多数の突起が透明樹脂層を形成する樹脂で透明樹脂トップ層と一体不可分に形成されてなり、該隣接する突起の形成周期幅（Ｐ）が、反射させようとする光の波長（Ｗvmax）に対して次式で表わされる関係を有することを特徴としている。Ｐ＝ｎＫ×Ｗvmax・・・・・・・(Ｉ)ただし、上記式（Ｉ）において、反射しようとする光の波長であり、Ｗvmaxが２００〜２０００nmの範囲内にあり、ｎは１または２であり、Ｋは０．５〜０．７５である。

Description

本発明は、多数の波長の光を含む光線の中あるいは単独波長光から、特定の波長の光を反射分波させる波長分波光学素子に関する。より詳細には、基板上に屈折率の異なる透明樹脂層を積層成膜させてなる著しくシンプルな構造体で、しかも、製造コストが著しく低廉な波長分波光学素子であって、その光学素子に入射する光線の中から特定の波長の光を効果的に反射分波させることができる波長分波光学素子に関する。

通信技術の発達に伴って、情報の伝達媒体が電気から光に変わりつつある。例えばインターネットなどにおいては、ISDNのように電話回線を用いた電気信号の代わりに、光ファイバーを用いたネットワークが構築されており、この光ファイバーを通して波長の異なる複数の光からなる光の束として情報を送信することができる。たとえば、このような光の束を構成する特定波長の光を画像情報の伝達媒体として使用し、他の特定波長の光を音響情報の伝達媒体とするなど、光通信技術では複数の情報を一本の光ファイバーを用いて同時に送信することができる。

具体的な例を示すと、インターネットの通信に用いられている光ファイバー通信網では、近赤外から中赤外線領域の波長光（波長：７６０ｎｍ〜２．５μｍ、２．５〜４μｍ）を使用して情報の伝達が行われている。この近赤外から中赤外線領域の波長光は、肉眼では見えないが、光としての性質は勿論、可視光に近い性質を有しており、通信伝達媒体の光として可視光より極めて便利な波長光であることから、近年、急速に普及した携帯電話の光通信網、インターネットの光ファイバ通信網で使用されている。そして、今後そのその情報伝送量はますます増大すると予測されている。

このように光通信では、例えば、波長分割多重化ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）方式が採用されている。
ここで採用されているＷＤＭ方式とは、波長の異なる複数の光を用いて、例えば、音声、画像、映像などの独立情報を、それぞれの波長の光に割り当て独立情報の数に対応した波長の数の光を多重化して光信号として光束伝送させる光通信システムである。

従って、ＷＤＭ方式で送られた情報を受ける側では、光の束に含まれる特定波長の光を光の束から個別独立に分離する必要がある。このようなＷＤＭ方式の通信システムで多重化伝送された光信号を分離（又は分波）させるために、波長分波性（又は波長選択性）を有する波長に対して選択のあるフィルターが必要であり、このようなフィルターを、通常は、波長分波光学素子とよぶ。

このような波長分波光学素子に関して、例えば特許文献１（特開2006−350126号公報）には、「基板と、上記基板上に形成された格子部材を空間を隔てて周期的に配置してなる格子層とを備えており、上記格子層の平均屈折率は上記基板の屈折率よりも大きいことを特徴とする波長選択素子。」の発明が開示されている。この波長選択素子の格子層は、格子と、これらの格子間に形成される空隙からなり、この格子層中における格子の占める体積であるフィルファクタ-値が０．５以上０．７以下であることが示されており、また、この格子層における格子の配置される周期は、この波長選択素子に入射する光の真空中の波長よりも小さく形成することが示されている。

この引用文献１に記載の波長選択素子においては、格子層に設けられた格子を形成する素材と、この格子層が形成される基板を形成する素材とが異なっており、基板上にこうした異種材料で微細な格子を一定の周期で形成することは非常に難しい。また、光の束の中から目的とする波長の光を反射させるための格子の形成周期が必ずしも明確にはされていない。

また、特許文献２（特開2002−022918号公報）には、「樹脂成型により、入射面と、この入射面を透過した光を出射させる出射面を持つ光透過性の基体が作成され、入射面の上に、基体の樹脂材よりも高い屈折率の格子パターン層が形成されることにより、共振モード格子フィルタである反射格子が形成され、入射面に斜交して入射した光の共振波長に対応する成分が反射により取り出され、他の成分が透過して出射面から射出されるようにしたことを特徴とする波長分離フィルタ。」の発明が開示されている。そして、この特許文献２の段落〔００２６〕、〔００２７〕、〔００２９〕および〔００３４〕には、光分離器８に入光する前に、入射光が透過する共振モード格子フィルタ（色分解フィルタ）を配置することが示されており、この共振モード格子フィルタを用いることにより、共振モード格子フィルタの回折格子で共振する波長の光が反射されることが記載されている。

そして、この回折格子は、「樹脂成型金型に形成した微細形状を転写して作られる。樹脂成形に用いる樹脂は例えばポリカーボネート樹脂を使用し、・・・（後略）。この格子構造は、凹部又は凸部を格子状に複数配列したもので、この凹部又は凸部は、格子面内に２つの等価な共振波数ベクトルを生じさせるために、鏡面対称且つ回転対称な形状を有し、凹部又は凸部の二等分線上に前記入射光の入射面を位置させることがこのましい。」と記載され、さらに「入射面９に共振モード格子フィルタを構成するための高屈折率層を形成する方法としては図５(a)に示すように樹脂成形された入射面に蒸着によりTiO₂膜やSiO₂膜などを形成し、これに電子ビーム露光技術とエッチングにより格子パターンを形成する方法と、図5(b)に示すように金型に微細加工により形成した格子パターンを、樹脂成型時に成形対象物に直接転写した後、その転写面の凹部と凸部にTiO₂膜等を蒸着により一様に形成する方法がある。」と記載されている。

そして、この共振モード格子フィルターは、入射面に格子を二等分線が一致するように配置されることから、傾斜して形成されている入射面と同じ傾斜でこの共振モード格子フィルターは配置される。そして、引用文献２において入射光は、反射面10に平行な光線であるので、入射面（即ち、共振モード格子フィルター）に対しては所定の角度を形成して光が入射することになる。このように共振モード格子フィルターに対して傾斜して光が入射することにより、特定波長の光が共振して反射するのである。そして、この格子内で光を共振させるためには、高屈折率のTiO₂膜やSiO₂膜を用いる必要があり、上述のようなポリマーカーボネート樹脂を単独で使用したのでは、共振により特定波長の光を反射させることはできない。

また、特許文献３（特開2005−331582号公報）には、「光導波路型WDM合分器において、前記光導波路のコアの途中に設けるコア内を伝搬する光を分波若しくは分波する分岐部にグレーティング部を形成したことを特徴とする光導波路型WDM合分波器。」の発明が開示されている。また、特許文献３には、光導波路型WDM合分波器を有機高分子材料で形成すること、有機高分子材料がフッ素化ポリイミド、ポリシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート等で形成すること、さらにグレーディング部の形成をホットエンボス法で行うことが開示されている。そして、引用文献３の実施例には、「第一の実施の形態におけるＹ分岐型の合分波器を作成するために、Ｓｉ基板に目的とする導波路形状に有機高分子材料であるポリシランを塗布し、スピンコートで膜厚をコントロールしながら下部クラッドを形成して加熱キュアを行った。次いで、加熱キュアした下部クラッドの上にさらにポリシランをスピンコートで膜厚をコントロールしながら塗布した。そしてマスクを使用して紫外光を照射して屈折率差を付与しコア層を形成した。この後分岐部に紫外レーザ光を照射してグレーティング部を形成した。最後にポリシランを塗布し、スピンコートで膜厚をコントロールして加熱キュアを行い上部クラッドを形成した。」と記載されており、主鎖が−Si―Si−で形成された主鎖が−Ｃ−Ｃ−で形成されていることが一般的である有機高分子化合物とは異なる構造の重合体を用いて、マスクを用いて紫外線を照射して多層に積層したポリシラン層に屈折率差をつけたコア部を形成し、その後に分岐部に紫外レーザ光を照射して、さらにその上にポリシランを再度塗布して加熱キュアにより上部クラッドをグリーディング部を形成することが示されている。

このように引用文献には、具体的には紫外線の照射によってポリシランに屈折率差を付与しているのであり、構造的な構成を変えることによって屈折率を変えて多重化された光の束から特定の波長の光を取り出すことに関しては記載されていない。

また、ここで具体的に使用されている樹脂は、主鎖が−Si―Si−であるポリシランであり、主鎖が−Ｃ−Ｃ−構造である、通常の樹脂と比較すると、その取り扱いが難しい。
上述のように、反射させようとする光の波長との関係から、表面に格子構造を有する構造体（表面構造；ＳＷＳ；Sub Wavelength Structured surface）によって選択的に分離することができることは知られており、例えば、波長分離（又は分波）素子、偏光分離素子、波長光変換素子、回折格子光フィルター、波長選択フィルター、光導波層型波長フィルター等として使用が試みられている。

しかしながら、従来から知られているこうした光学素子には高い屈折率を有する物質の存在が不可欠であり、主鎖に−Ｃ−Ｃ−結合を有する典型的な有機高分子化合物では、波長分波光学素子に必要とされる高屈折率であって、しかも透明性の高い物質は存在しない。

このために金属酸化物を真空蒸着させたり、あるいは、主鎖が−Si―Si−であるポリシランのような極めて特殊な樹脂を使用することを余儀なくされており、波長分波光学素子が高価になっていた。さらに、今後の光通信技術においては、光ファイバーを用いた通信情報が激増することが予測され、こうした高速大量通信に対応可能な高性能で安価な波長分波光学素子の開発が急務である。
特開２００６−３５０１２６号公報 特開２００２−０２２９１８号公報 特開２００５−３３１５８２号公報

本発明の目的は、著しくシンプルな樹脂構造体であって、その表面に賦形させた微細構造を介して、その表面に入射する近赤外線領域波長光を分波させる透明構造体からなる光学素子を提供することである。

さらに本発明は、著しく安価に簡便な方法で透明樹脂を多層成膜させてなる波長分波光学素子であって、例えば、ＷＤＭ（波長合分波回路）方式の光通信システム等に用いて入射する近赤外線領域波長光を、所望する特定波長光として高効率に反射分波させることを特徴とする波長分波光学素子を提供することである。

本発明の波長分波光学素子は、屈折率の異なる透明樹脂層が複数積層され、最表面層にある透明樹脂トップ層の表面に、所定の間隔になるように形成された多数の突起が透明樹脂層を形成する樹脂で透明樹脂トップ層と一体不可分に形成されてなり、該隣接する突起の形成周期幅（Ｐ）が、反射させようとする光の波長（Ｗ_vmax）に対して次式で表わされる関係を有することを特徴としている。

ただし、上記式（Ｉ）において、Ｗ_vmaxは反射しようとする光の波長であり、２００〜２０００nmの範囲内にあり、ｎは、１または２であり、Ｋは０．５〜０．７５、好ましくは０．６５〜０．６９である。

本発明の波長分波光学素子は、上記屈折率の異なる透明樹脂層が、少なくとも、透明基板層(Ｌ0)と、透明樹脂中間層(Ｌ1)と、透明樹脂トップ層(Ｌ2)の三層構造を有することが好ましい。

さらに、本発明の波長分波光学素子は、上記三層構造からなる波長分波光学素子の透明樹脂トップ層の屈折率(n2)と、透明樹脂中間層の屈折率（n1）との差(n2-n1)が０．０６〜０．２５、好ましくは０．１〜０．２の範囲内にあることが好ましい。

またさらに、本発明の波長分波光学素子は、上記三層構造の波長分光学素子の透明基板層の屈折率(n0)と透明樹脂中間層の屈折率（n1）との差(n0-n1)が通常は、−０．１〜０．３の範囲内、好ましくは０〜０．１５の範囲内にあることが好ましい。

波長分波光学素子においては、格子状構造の周期が光の波長より短いと、光に対してある屈折率をもつ媒質と等価になる。また、その微細構造の形状によって屈折率を制御できることから、入射した波長光は、格子層によって、上部の放射波は入射光の反射波と重なって強め合い、基板側に放射される光は、透過光と弱め合うことから、入射した格子面には強い共鳴反射が生ずる。

本発明者は、従来からこのような光学技術分野に着目して、樹脂部材上に、そのサイズが数百ｎｍ〜数μｍである光の波長サイズほどの凹凸状の微細構造を、従来のリソグラフィ転写法に代替させて、熱ナノインプリント法で転写させてなる新規な機能部材を、既に特願２００６−１９０９２８号および特願２００６−２５１９７５号として特許出願している。すなわち、金型に装着されている各種の超微細構造が施されているスタンパー材（又はモールド）を、熱溶融下に被スタンパー部材である熱可塑性樹脂に押圧又は押印させて、被スタンパー部材の樹脂面に転写された超微細構造によって、新規な機能を発揮させるナノテクノロジーマテリアルを提案している。

このようなナノテクノロジーマテリアルの基本骨格は、主鎖が−Ｃ−Ｃ−構造を有する樹脂であり、従来から採用されてきた有機高分子化学の技術を用いて製造することができ、さらに取り扱うことができる。

本発明では、こうした樹脂を用いて光の波長に対して特定の関係を有する周期で、光の波長より短い周期を持つ表面構造（ＳＷＳ；Sub Wavelength Structured surface）を、波長分波光学素子の最上部の層と一体不可分に形成することにより、所望の波長の光を選択的に反射させ、それ以外の波長の光を透過させることができる。

本発明では、多層積層された透明樹脂の最表面層にある透明樹脂トップ層の表面に、所定の間隔になるように形成された多数の突起を、この最表面にある透明樹脂からなる透明樹脂トップ層と一体不可分に形成することにより、透明樹脂の屈折率と、透明樹脂トップ層と一体不可分に一定の周期で形成された突起と、樹脂層の屈折率差とが協同して、特定波長の入射光を選択的に反射する。すなわち、近赤外線領域光を例にして示すと、本発明者は、（A）部材面に照射させた近赤外線領域光などの光線の反射／屈折／透過性に着目して、（B）近赤外線領域などにおける光学的屈折率の異なる２種以上の樹脂層を、透明基板上にスピンコートさせて屈折率の異なる複層の樹脂層を形成し、（C）こうした多層構成の積層体の透明樹脂トップ層（最表面層）にある透明樹脂に、熱ナノインプリント法で、凸条、角柱などの突起を所定の周期で形成した微細パターンを形成し、これに（D）得られた突起面から赤外線領域波長光などの光線を照射した入射させたところ、（E）その突起の形成周期および屈折率差によって、入射光の反射強度を選択的に変えることができ、特定波長に対して、極めて高い選択性で反射させることができるとの知見を得た。さらに透明樹脂トップ層の上面に格子状微細構造を設けるとともに、積層される層の屈折率を所定の範囲で変動させることにより、入射する近赤外線領域波長の多重波長光あるいは単独波長光を所望する波長光として効果的に分波させることができる。

本発明の波長分波光学素子は、屈折率の異なる透明樹脂からなる多層構成の積層体の透明樹脂トップ層の表面に入射光の波長に対して特定の関係式で示される周期で突起が形成されており、この突起は透明樹脂トップ層と一体不可分に形成されている。そして、本発明の波長分波光学素子では、各層を形成する透明樹脂の屈折率差を一定の範囲内にすることにより、上記表面の突起構造とこの屈折率差が協同して、突起形成周期によって特定される波長の入射光を選択的に反射することができる。特に本発明の波長分波光学素子は、入射する光が近赤外線領域にある多重波長光である場合に、非常に波長域の幅の選択性が高く、サイドバンドを生ずることなく、単一波長の光を選別して反射させることができる。

しかも、本発明の波長分波光学素子は、屈折率差が所定の範囲内にある透明樹脂を積層し、たとえば、この最表面層にナノプリント技術を用いて、所定の周期で突起を形成することにより製造することができ、構造が著しくシンプルで、しかも、コスト低廉に製造できる。さらに本発明の波長分波光学素子は、通信データーに対して高いセキュリティー性を有する赤外線通信方式に効果的に用いることができる。

図１は、透明樹脂トップ層の表面に、この透明樹脂トップ層と一体不可分に凸条の突起が特定の形成周期で設けられた波長分波光学素子の例を示す斜視図である。 図２は、透明樹脂トップ層の表面に、この透明樹脂トップ層と一体不可分に角柱状の突起が特定の形成周期で設けられた波長分波光学素子の例を示す斜視図である。 図３は、本発明の波長分波光学素子の断面の例を示す断面図である。 図４は、突起の他の形状の例を示す図である。 図５は、本発明による実施形態−１の波長分波光学素子（Ｄ−１）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の反射／透過の分波特性を図５（ａ）に図示した。また、図５（ｂ）には、その分波された波長光の反射特性を反射スペクトル波形として表示した。 図６は、本発明による実施形態−２の波長分波光学素子（Ｄ−２）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の反射／透過の分波特性を図６（ａ）に図示した。また、図６（ｂ）には、その分波された波長光の反射特性を反射スペクトル波形として表示した。 図７は、本発明による実施形態−３の波長分波光学素子（Ｄ−３）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の反射／透過の分波特性を図７（ａ）に図示した。また、図７（ｂ）には、その分波された波長光の反射特性を反射スペクトル波形として表示した。 図８は、本発明による実施形態−４の波長分波光学素子（Ｄ−４）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の反射／透過の分波特性を図８（ａ）に図示した。また、図８（ｂ）には、その分波された波長光の反射特性を反射スペクトル波形として表示した。 図９は、本発明による実施形態−５の波長分波光学素子（Ｄ−５）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の反射／透過の分波特性を図９（ａ）に図示した。また、図９（ｂ）には、その分波された波長光の反射特性を反射スペクトル波形として表示した。 図１０は、本発明による実施形態−６の波長分波光学素子（Ｄ−６）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の反射／透過の分波特性を図１０（ａ）に図示した。また、図１０（ｂ）には、その分波された波長光の反射特性を反射スペクトル波形として表示した。 図１１は、本発明による実施形態−７の波長分波光学素子（Ｄ−７）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の反射／透過の分波特性を図１１（ａ）に図示した。また、図１１（ｂ）には、その分波された波長光の反射特性を反射スペクトル波形として表示した。 図１２は、実施形態−１の分波素子（Ｄ−１）に６０°入射する近赤外線領域の多重波長光の反射／透過の分波特性を図１２（ａ）に図示した。また、図１２（ｂ）にはその分波された波長光の反射特性を反射スペクトル波形として表示した。 図１３は、実施形態−１の光学素子（Ｈ−１）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の透過特性を図１３（ａ）に図示した。また、図１３（ｂ）には、その分波された極少波長光の反射スペクトル波形として表示した。 図１４は、透明樹脂中間層（Ｌ１）を設けない又は透明樹脂中間層（Ｌ1）の屈折率が格子層（Ｌ２）の屈折率に近い、その屈折率差｜ｎ2−ｎ１｜＝０．００５の比較実施形態−２の光学素子（Ｈ−２）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の透過特性を図１４（ａ）に図示した。また、図１４（ｂ）には、その分波された極少波長光の反射スペクトル波形として表示した。 比較実施形態−３の光学素子（Ｈ−３）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の透過特性を図１５（ａ）に図示した。また、図１５（ｂ）には、その分波された極少波長光の反射スペクトル波形として表示した。 図１６は、比較実施形態−４の光学素子（Ｈ−４）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の透過特性を図１６（ａ）に図示した。また、図１６（ｂ）には、その分波された極少波長光の反射スペクトル波形として表示した。 図１７は、図５に示す実施形態−１において、格子の周期（P）が特許請求の範囲内の１．０３μｍで、フィルファクター（ＦＦ）が０．８である比較実験形態−５の光学素子（Ｈ−５）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の透過特性を図１７（ａ）に図示した。また、図１７（ｂ）には、その分波された極少波長光の反射スペクトル波形として表示した。 図１８は、図１に示す実施形態−１において、格子の周期（P）も特許請求の範囲内の１．０３μｍであって、透明樹脂トップ層と透明樹脂中間層との屈折率差が本発明の好適構成要件の範囲外である０．３５に設定された比較実施形態−６の光学素子（Ｈ−６）に垂直入射する近赤外線領域の多重波長光の透過特性を図１８（ａ）に図示した。また、図１８（ｂ）には、その分波された極少波長光の反射スペクトル波形として表示した。 図１９は、上述の式（Ｉ）において、Ｋが0.3であり本発明の要件を満たしていない波長分波光学素子およびこの素子の反射スペクトル波形を示す。 図２０は、上述の式（Ｉ）において、Ｋが２であり本発明の要件を満たしていない波長分波光学素子およびこの素子の反射スペクトル波形を示す。 図２１（ａ）は波長２３５nmの紫外領域の光の反射ピークであり、図２１（ｂ）は波長５３４nmの可視領域の光の反射ピークであり、図２３（ｃ）は波長０．８６８の近赤外領域の光の反射ピークである。 図２２は、実施例３又は４における本発明による分波素子（Ｄ−ｂ）の「トップ層（格子層）」／「中間層」との積層形成された両層及びその「トップ層」に格子状微細構造を熱ナノインプリント転写後の両層切断面（積層界面）のＳＥＭ写真像をそれぞれ図２２（ａ）及び（ｂ）に表示した。 図２３は、本発明による波長分波光学素子を製造させる第３工程におけるモールドの格子微細構造［周期（Ｐ）、格子幅（Ａ）］の格子トップ層への転写性を説明するための概念図を図２３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に表示した。

次に本発明の波長分波光学素子について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、透明樹脂からなる三層構造の構造体からなる波長分波光学素子10が示されており、この積層体の透明樹脂トップ層（最表面層）Ｌ₁₂の上面には、幅Ａの凸条10ｂがピッチ幅Ｐで三条形成された波長分波光学素子10の例を模式的に示す斜視図が示されている。
また図２には、同様に透明樹脂からなる三層構造の構造体からなり、この積層体の最表面層Ｌ₂₂の上面にＸ方向の幅Ａ₁、Ｚ方向の幅Ａ₂の角柱２０ｂが、Ｘ方向のピッチ幅Ｐ₁、Ｚ方向のピッチ幅Ｐ₂で15個形成された波長分波光学素子20の例を模式的に示す斜視図である。

図１に示すように本発明の波長分波光学素子10は、透明基板Ｌ₁₀と、この透明基板Ｌ₁₀の上に積層された透明樹脂中間層Ｌ₁₁と、この透明樹脂中間層Ｌ₁₁の上に積層された透明樹脂トップ層（最表面層）Ｌ₁₂の三層構造を有しており、この透明樹脂トップ層（最表面層）Ｌ₁₂の上面には、この透明樹脂トップ層Ｌ₁₂を形成する樹脂と同一の樹脂で、透明樹脂トップ層Ｌ₁₂と一体不可分に三条の凸部が突起10ｂが形成されている。

それぞれの突起10ｂは、幅Ａの縦断面略長方形の板状の凸条の形態に形成されている。図１にはこうした凸条10ｂが、隣接する凸条10ｂとのピッチ幅がＰになるように形成されている。この凸条の高さ（厚さ）Ｄ₁は、通常は５０nm〜１．０μm、好ましくは２００〜５００nmである。

この凸条10bおよび透明樹脂トップ層を形成する樹脂は、透明性の高い樹脂であり、この樹脂の全光線透過率は、通常は８０％以上、好ましくは９０％以上である。この透明樹脂トップ層を形成する樹脂の屈折率は、通常は１．５〜１．８の範囲内、好ましくは１．５６〜１．６３の範囲内にある。このように透明樹脂トップ層を形成する樹脂として、比較的屈折率の高い樹脂を使用する。これは、本発明の波長分波光学素子において、特定波長の光を選択的に反射させるためには、この透明樹脂トップ層Ｌ₁₂とこの透明樹脂トップ層Ｌ₁₂と積層される透明樹脂中間層Ｌ₁₁との屈折率差を考慮したものである。即ち、透明樹脂トップ層Ｌ₁₂の屈折率をｎ₂とし、透明樹脂中間層Ｌ₁₁の屈折率をn₁としたときに、本発明の波長分波光学素子では、透明樹脂トップ層Ｌ₁₂の屈折率ｎ₂と透明樹脂中間層Ｌ₁₁の屈折率n₁との差（ｎ₂−n₁）が０．０６〜０．２５の範囲内、好ましくは０．１〜０．２の範囲内になるように各層を形成する樹脂を選定することが望ましい。このように透明樹脂トップ層Ｌ₁₂の屈折率ｎ₂と透明樹脂中間層Ｌ₁₁の屈折率n₁との差（ｎ₂−n₁）を設定するためには、透明樹脂トップ層Ｌ₁₂を形成する樹脂として屈折率ｎ₂の高い樹脂を選定することにより、透明樹脂中間層Ｌ₁₁を形成する樹脂の選定の幅が広くなり、種々の樹脂を使用することが可能になるからである。

この透明樹脂トップ層Ｌ₁₂の厚さD₂は、通常は、０．３０〜３．００μm、好ましくは０．６〜１．５μmの範囲内にある。
上記の透明樹脂トップ層Ｌ₁₂の表面に、透明樹脂トップ層Ｌ₁₂と一体不可分に形成されている凸条（突起）10bは、この透明樹脂トップ層Ｌ₁₂と同一の樹脂で形成されているのが一般的であり、従って、この凸条（突起）10bを形成する樹脂の屈折率は、通常は１．５〜１．８の範囲内、好ましくは１．５６〜１．６３の範囲内にある。

本発明の波長分波光学素子10，20において、透明樹脂トップ層Ｌ₁₂, Ｌ₂₂を形成する樹脂としては、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、（チオ）フェノール誘導体系樹脂、フッ素変性アクリル系樹脂、無機ナノ粒子添加系樹脂および有機−無機ハイブリット系樹脂を使用することができる。ここで無機ナノ粒子添加系樹脂に配合される無機ナノ粒子としては、酸化ジルコン、酸化チタンを挙げることができ、このときのベースとなる樹脂としてはアクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂を挙げることができる。また、有機−無機ハイブリット系樹脂としては、金属元素を含むアクリル系樹脂またはポリスチレン系樹脂などを挙げることができる。これらは単独であるいは組み合わせて使用することができる。そして、こうした樹脂の組み合わせによって屈折率を調整することができるし、また、たとえばアクリル系樹脂のように複数の単量体を反応させて形成される樹脂においては、用いる単量体の組み合わせによって屈折率を変えることができる。さらに、置換基あるいは炭素原子に結合している水素原子の代わりにフッ素原子のようなハロゲン原子を結合させた単量体を用いることによっても屈折率を変えることができる。また、樹脂中に例えば用いる光の波長よりも小さいナノ粒子を均一に配合することによっても透明度を低下させずに屈折率を変えることができる。この場合のナノ粒子は有機粒子であっても、無機粒子であってもよい。

これらの透明樹脂トップ層Ｌ₁₂，Ｌ₂₂を形成する樹脂としては、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、（チオ）フェノール誘導体系樹脂、フッ素変性アクリル系樹脂、無機ナ粒子添加系樹脂および有機−無機ハイブリット系樹脂のいずれかを単独で、あるいは組み合わせて用いることが好ましい。

本発明の波長分波光学素子10、20において、表面に突起10b,20bが形成された透明樹脂トップ層Ｌ₁₂,Ｌ₂₂に積層される透明樹脂中間層Ｌ₁₁,Ｌ₂₁は、透明樹脂トップ層Ｌ₁₂,Ｌ₂₂の屈折率n₂に対して、屈折率n₁が０．０６〜０．２５低い樹脂、好ましくは０．１〜０．２低い樹脂で形成されている。従って、この透明樹脂中間層Ｌ₁₁，Ｌ₂₁を形成する樹脂の屈折率n₂は、通常は１．３５〜１．６の範囲内、好ましくは１．４〜１．５の範囲内にある樹脂であり、通常のアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、環状オレフィン系樹脂、（チオ）フェノール誘導体系樹脂、フッ素変性アクリル系樹脂、無機ナノ粒子添加系樹脂および有機−無機ハイブリット系樹脂などの透明性の樹脂を使用することができる。ここで透明樹脂中間層Ｌ₁₁，Ｌ₂₁に要求される透明性は、樹脂の全光線透過率が、通常は８０％以上、好ましくは９０％以上である透明性である。

この透明樹脂中間層Ｌ₁₁，Ｌ₂₁の厚さＤ₃は、通常は２．０μm以上、好ましくは２〜３０μmの範囲内にある。
上記のような透明樹脂中間層Ｌ₁₁，Ｌ₂₁の下層には、透明基板層Ｌ₁₀，Ｌ₂₀が積層されている。

この透明基板Ｌ₁₀，Ｌ₂₀を形成する樹脂の屈折率ｎ0は、この上層である透明樹脂中間層Ｌ₁₁，Ｌ₂₁を形成する樹脂の屈折率ｎ1より高いことが好ましく、透明基板の屈折率ｎ0と透明樹脂中間層の屈折率ｎ1との差（ｎ0−ｎ1）の値が通常は(n0-n1)は、−０．１〜０．３の範囲内、好ましくは０〜０．１５の範囲内にある。従って、この透明基板層Ｌ₁₀，Ｌ₂₀を形成する樹脂の屈折率ｎ0は、通常は１．４〜１．８の範囲内、好ましくは１．４５〜１．６８の範囲内にある。このような透明基板を形成する樹脂は、全光線透過率が、通常は８０％以上、好ましくは９０％以上の透明樹脂であり、このような透明樹脂の例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリアルキル（メタ）アクリレート、環状オレフィン系樹脂、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）系樹脂、ポリサルホン（ＰＳ）系樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）系樹脂を挙げることができる。

このような透明基板層のＬ₁₀，Ｌ₂₀の厚さは、適宜設定することができるが、通常は、２０〜１０００μｍ、好ましくは５０〜２００μｍの範囲内にある。
本発明の波長分波光学素子は、通常は、透明樹脂中間層Ｌ_11,21と、この上に形成された透明樹脂トップ層Ｌ_12,22とを有しているが、この透明樹脂中間層の下に透明基板層Ｌ_10,20を有する三層構造を有していることが好ましく、本発明の波長分波光学素子は、さらに三層以上の層構成を有していてもよい。

さらに、本発明の波長分波光学素子は、上述のような透明樹脂トップ層Ｌ_12,22の表面に、この透明樹脂トップ層を形成する樹脂と同一の樹脂で、一定の間隙を形成して多数の突起が一体不可分に形成されている。

このような突起の形成ピッチ幅によって反射する光の波長が異なり、本発明では、ピッチ幅をＰとし、反射しようとする光の波長をＷ_VMAXとし、Ｋを定数としたときに、次の関係式（Ｉ）を満たすように突起を形成する。

ただし、上記式（Ｉ）において、Ｗ_vmaxは反射させようとする光の波長であり、本発明では、２００〜２０００nmである。また、ｎは、１または２であり、Ｋは０．５〜０．７５、好ましくは０．６〜０．７である。特に、反射しようとする光が可視光であって、その波長Ｗ_vmaxが３００〜５００nｍの範囲内にある場合には、ｎの値が１または２であっても効率よく入射する可視光を効率よく反射することができる。しかしながら、反射しようとする光が２００nm以上３００nm未満である場合、および、５００nmを超え２０００nm以下の場合には、ｎが２である場合よりも１である場合の方がより効率的に入射光を反射することができる。従って、本発明の波長分波光学素子に入射する光の波長に対応させて、ｎの値を変えて、形成する突起のピッチ幅を変えることが好ましい。

このようにして形成される突起の図１に示すように、縦断面が略長方形の凸条10aと隣接する凸条10aとによって形成される凹部から形成されていてもよいし、図２に示すように、縦断面が略長方形状の多数の角柱25であってもよい。

図２に示すように突起が角柱である場合、上記の式（I）で表わされるピッチは、Y方向と、X方向の二方向に生ずる。即ち、角柱28についてみると、X方向に隣接する角柱27との間にP1というピッチ幅が生ずるとともに、Y方向に対しては、角柱27には角柱25が隣接するので、この角柱27と角柱25との間でP2というピッチ幅が生ずる。

本発明の波長分波光学素子において、上記のように、二方向にピッチ幅が生ずる場合には、少なくともいずれか一方のピッチ幅、好ましくは両者のピッチ幅が上記式（I）で表わされる関係を満たしていることが好ましい。

本発明の波長分波光学素子において、透明樹脂トップ層L₁₂の表面に形成される突起の形状は、図1に示すような凸条であってもよいし、図２に示すような角柱であってもよく、さらに図４（ａ）に示すように高さの異なる角柱を組み合わせた形状であってもよく、図４（ｂ）に示すように円弧状の突起を組み合わせた形状であってもよく、さらに、図示していないが、三角柱状などの多角柱状であっても、円柱状、楕円柱状などの種々の形状にすることができる。また、こうした突起の頂部は、平坦であることを特に必要とするものではなく、たとえば図４（ｃ）に示すように縦断面が略三角形状に頂部を形成するなど種々の形状に形成することができる。

また、図３に示すように本発明の波長分波光学素子の透明樹脂トップ層Ｌ₂の表面は突起6.7.8.9と、これらの突起6.7.8.9との間に形成される間隙6a,7a,8a,9aによって所定周期Pの突起が形成されているが、このピッチに占める突起6.7.8.9の容積が大きくなると、必然的に間隙6a,7a,8a,9aの占める容器の割合が小さくなる。この透明樹脂トップ層(Ｌ2)の表面に形成された、突起と間隙との合計体積に対する突起の占有体積をフィルファクター；ＦＦという。本発明においては、このフィルファクタ（FF）が、通常は０．０７〜０．９５の範囲内、好ましくは０．２５〜０．７５の範囲内にある。このフィルファクタ（FF）の値が１に近づくにつれて、間隙の占める体積の割合は次第に小さくなり、次第に所定の間隔を形成して形成された突起が、近接するようになる。そして、形成された突起の部が隣接する突起との間で接合点を有するようなり、本発明の波長分波光学素子の表面に形成されている突起が相互に接合して、接合された突起群により凸部を形成が形成されることがある。この場合において、表面の突起の構造は、突起部の存在しない部分に凹部を形成されるが、本発明では隣接する突起との間に接合部を有する突起群が形成されたものであってもよい。

上記のような本発明の波長分波光学素子においては、本発明の波長分波光学素子の透明樹脂トップ層Ｌ2の表面に形成された突起の立設方向に対して、略平行（０°）〜６０°の角度を形成して入射する特定波長の光（単独波長光を含む）、特に近赤外線領域の特定波長の光を高い反射率で独立的に反射分波することができる。

次に本発明の波長分波光学素子について、添付する図５〜図１８を参照しながら、更に以下に詳細に説明する。
＜本発明による波長分波光学素子の実施の形態＞
図５（ａ）には、１．５５６μｍの波長光を用いて測定した厚さが１２０μmであって、屈折率（ｎ０）＝１．６５の透明基板（Ｌ０）１３上に、透明樹脂中間層として屈折率（ｎ１）＝１．４８５で、膜厚（ｍ１）＝３μｍのＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）透明樹脂中間層（Ｌ１）１２と、透明樹脂トップ層として屈折率（ｎ２）＝１．５６５で、膜厚（ｍ２）＝０．９２μｍのＰＳｔ（ポリスチレン）を用いて形成した透明樹脂トップ層（L2）に凸上の格子状１１が形成された屈折率多層構造体の切断面図が表示されている。

なお、以後、本発明に記載する屈折率は、特に断りのない限り、上記１．５５６μｍの近赤外線波長光を用いて測定した屈折率であります。
すなわち、その膜厚（ｍ２）が０．９２μｍ（＝０．６７＋０．２５）の透明樹脂トップ層には、深さ（Ｄ２）＝０．２５μｍの凸状格子１０を設けて、しかも、透明樹脂トップ層と透明樹脂中間層の屈折率差（＝ｎ２−ｎ１）が０．０８である本発明の実施形態−１の波長分波光学素子［以後、単に分波素子と記す］（Ｄ−１）である。

また、この分波素子（Ｄ−１）の格子の形成周期（P；ピッチ幅）＝１．０３μｍで、格子幅（Ａ）＝０．６７５μｍで、そのフィルファクター（ＦＦ）＝０．６５５である。
すなわち、この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは１５３６nmであり、ピッチ幅Pは、１．０３μmであり、ｎは１であり、Kは０．６７１であった。

そこで、本発明において、この分波素子（Ｄ−１）に、近赤外線領域の波長１．０〜１．７μｍ範囲にある多重波長光を垂直光として入射させて反射分波特性を評価した。
その結果、図５（ｂ）には、反射分波された波長１．５３６μｍの近赤外線波長光が、半値幅が微少で波形がシャープな反射スペクトル波形が表示されている。

また、同時に図５（ｂ）に図示される反射スペクトル波形図から、その他の近赤外線波長光の殆んどが、ほぼ透過分離されていることが分かる。
以上から、本発明の分波素子（Ｄ−１）は、突起の設置方向と略平行（０°）に入射する多重波長光の近赤外線領域波長光を、高反射率で効果的に反射分波させることが良く分かる。

図６（ａ）には、本発明による実施形態−２の分波素子（Ｄ−２）に、突起の設置方向と略平行に入射する近赤外線領域波長の多重波長光の反射／透過の分波特性を、また、図６（ｂ）には、その反射分波された波長光の反射スペクトル波形図が表示されている。この波長分波光学素子（Ｄ−２）は、図５（ａ）に表示する分波素子（Ｄ−１）において、屈折率（ｎ０）＝１．６５の透明基板１３に替えて、その透明樹脂中間層（Ｌ１）の屈折率（ｎ１）＝１．４８５と同等の屈折率（ｎ０）＝１．４８５の透明基板１３ａを設けている。しかも、透明樹脂中間層１２と基板の屈折率を同等にした以外は、分波素子（Ｄ−１）の上記する全ての素子構成要件を同じくする本発明の実施形態−２の分波素子（Ｄ−２）である。

この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは１５３５nmであり、ピッチ幅Pは、１．０３μmであり、ｎは１であり、Kは０．６７１である。
その結果、図６（ｂ）に図示する反射スペクトル波形図から明らかなように、反射分波された波長１．５３５μｍの近赤外線波長が、ほぼ１００％の反射率で分波されている。そして、入射した光の中で波長１．５３５μｍ以外の全ての近赤外線波長光が透過分離されていることが分かる。

図７（ａ）に図示する本発明の実施形態−３の分波素子（Ｄ−３）は、図５（ａ）に表示する分波素子（Ｄ−１）において、屈折率（ｎ２）＝１．５６５の透明樹脂トップ層１１と屈折率（ｎ１）＝１．４８５の透明樹脂中間層１２とのそれぞれを、屈折率（ｎ２）＝１．６０の透明樹脂トップ層１１ａと屈折率（ｎ１）＝１．４６５の透明樹脂中間層１２ａとに替えて、透明樹脂トップ層と透明樹脂層の屈折率差（＝ｎ２−ｎ１）を０．１３５に広げた分波素子（Ｄ−３）である。

この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは１５５０nmであり、ピッチ幅Pは、１．０３μmであり、ｎは１であり、Kは０．６６５である。
その結果、図７（ｂ）に図示する反射スペクトル波形図から明らかなように、反射分波された波長１．５５０μｍの近赤外線波長が、ほぼ１００％の反射率で分波されている。よって、入射させた波長１．５５０μｍ以外の全ての近赤外線波長光が、ほぼ透過分離されていることが分かる。

図８（ａ）に図示する本発明の実施形態−４の分波素子（Ｄ−４）は、図５（ａ）に表示する分波素子（Ｄ−１）において、屈折率（ｎ２）＝１．５６５の透明樹脂トップ層１１と突起の幅（Ａ）＝０．６７５μｍの凸条１０とのそれぞれを、屈折率（ｎ２）＝１．６０の透明樹脂トップ層１１ａと突起の幅（Ａ）＝０．３μｍの格子１０ａとに替えて、分波素子（Ｄ−１）のフィルファクター（ＦＦ）値を本願発明の分波素子が有する（ＦＦ）＝０．２５〜０．９５の下限値内近いフィルファクター（ＦＦ）＝０．２９１にした分波素子（Ｄ−４）である。

この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは１５５３nmであり、ピッチ幅Pは、１．０３μmであり、ｎは１であり、Kは０．６６４である。
その結果、図８（ｂ）に図示される反射スペクトル波形図から明らかなように、反射分波された波長１．５５３μｍの近赤外線波長が、サイドバンドが全く見られず、しかも、ほぼ９５％の反射率で分波されている。よって、入射させた波長１．５５３μｍ以外の全ての近赤外線波長光が、ほぼ透過分離されていることが分かる。

図９（ａ）に図示する本発明の実施形態−５の分波素子（Ｄ−５）は、図５（ａ）に表示する分波素子（Ｄ−１）において、屈折率（ｎ１）＝１．４８５で、その膜厚（ｍ１）＝３μｍの透明樹脂中間層１２ｂに替えて、透明樹脂中間層（Ｌ１）の膜厚（ｍ１）を２０μｍにした分波素子（Ｄ−５）である。

この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは１５４５nmであり、ピッチ幅Pは、１．０３μmであり、ｎは１であり、Kは０．６６７である。
その結果、図９（ｂ）に図示する反射スペクトル波形図から明らかなように、反射分波された波長１．５４５μｍの近赤外線波長が、サイドバンドが全くみられず、しかも、ほぼ１００％の反射率で分波されている。よって、入射させた波長１．５４５μｍ以外の全ての近赤外線波長光が、ほぼ透過分離されていることが分かる。

このような実施形態からすると、本発明の屈折率多層構造体である波長分波光学素子においては、中間層の膜厚（ｍ１）を、トップ層の膜厚（ｍ２）及び基板層の膜厚（ｍ０）に比べて、厚目に構成させることができる。また、本発明においては、この透明中間層（Ｌ１）の膜厚（ｍ１）は、スピンコート法で良好な平滑性で成膜させる観点から、膜厚（ｍ１）＝３０μｍ以下にすることが好ましい。

図１０（ａ）に図示する本発明の実施形態−６の分波素子（Ｄ−６）は、図５（ａ）に表示する分波素子（Ｄ−１）において、突起幅（Ａ）＝０．６７５μｍ、突起の形成周期（P）＝１．０３μｍの凸条１０に替えて、突起幅（Ａ）＝０．５５μｍ、突起の形成周期（P）＝０．９μｍの凸条１０ｄを設けた分波素子（（Ｄ−６）である。このように凸条の形成周期（P）を変化させることで、その結果として、波長分波光学素子（Ｄ−１）の突起幅（Ａ）のフィルファクター（ＦＦ）＝０．６５５に対して、この分波素子（Ｄ−６）のフィルファクター（ＦＦ）＝０．６１１に変化させることができる。

この分波素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは１３５０nmであり、ピッチ幅Pは、０．９０μmであり、ｎは１であり、Kは０．６６７である。
その結果、図１０（ｂ）に図示される反射スペクトル波形図から明らかなように、反射分波された波長１．３５μｍの近赤外線波長が、ほぼ８３％の高反射率で分波され、しかも、波長分波光学素子（Ｄ−１）の１．５３６μｍ（１５３６nm）に対して、その分波波長帯を効果的にシフトさせることができる。

また、図１１（ａ）に図示する本発明の実施形態−７の分波素子（Ｄ−７）は、上記分波素子（Ｄ−６）と同様に、突起幅（Ａ）＝０．２５μｍ、突起の形成周期（P）＝０．６８μｍである凸条１０ｅを設けた分波素子（Ｄ−７）である。

同様にして、凸条の形成周期（P）を変化させて、波長分波光学素子（Ｄ−１）の突起の幅（Ａ）のフィルファクター（ＦＦ）＝０．６５５に対して、この波長分波光学素子（Ｄ−７）のフィルファクター（ＦＦ）＝０．３６８に変化されている。

この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは１０２５nmであり、ピッチ幅Pは、０．６８μmであり、ｎは１であり、Kは０．６６７である。
その結果、図７（ｂ）に図示される反射スペクトル波形図から明らかなように、反射分波された波長１０２５nmの近赤外線波長が、ほぼ１００％の高反射率で分波され、しかも、上記分波素子（Ｄ−１）の波長１．５３６μｍに対して、その分波波長帯を大きく効果的にシフトさせることができる。

このように本発明においては、分波素子（Ｄ−６）及び分波素子（Ｄ−７）の上記する反射分波特性から、その格子のフィルファクター（ＦＦ）値を変化させる構造因子として突起の形成周期（P）を変化させることで、近赤外線領域において、反射分波させる所望する特定波長光の波長帯を、適宜自在にシフトさせることができる。

図１２（ａ）には、本願発明の実施形態−１の分波素子（Ｄ−１）の格子面に、近赤外線波長光を、入射角６０°の斜め入射させた時の、入射近赤外線光の入射／反射／屈折／透過の動作が表示されている。

この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは１２２４nmであり、ピッチ幅Pは、０．６８μmであり、ｎは１であり、Kは０．５５７である。
その結果、図１２（ｂ）に図示する反射スペクトル波形図から明らかなように、反射分波された波長１．２２４μｍの近赤外線波長光が、反射強度は約２７％で、しかも、低サイドバンド化はされてはいないが、ほぼ特定波長光を反射分波させることができる。

図１３（ａ）に図示する光学素子（Ｈ−１）は図１（ａ）に図示する本発明の分波素子（Ｄ−１）において、屈折率（ｎ１）＝１．４８５の透明樹脂中間層（Ｌ１）１２に替えて、その透明樹脂トップ層１１の屈折率（ｎ２）＝１．５６５に近い、図１３（ａ）に表示されている屈折率（ｎ１）＝１．５３５なる透明樹脂中間層１２ｃに替え、しかも、透明基板を屈折率（ｎ０）＝１．６５なる透明基板１３とした以外は、本願発明の分波素子（Ｄ−１）に係る上記する全ての素子構成要件を同じくした比較実施形態−１の分波素子（Ｈ−１）である。

この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは存在せず、従って式（Ｉ）は成立しない。
その結果、図１３（ｂ）に図示する反射スペクトル波形図から明らかように、近赤外線の全領域に亘って、反射は微弱で、極めて乱脈状の反射スペクトル波形図が表示されている。この波形図から明らかなように、入射させた近赤外線波長光は、全く反射分波されずに、ほぼ入射全波長光が透過されている。このような光学素子（Ｈ−１）では、本発明の波長分波光学素子のように近赤外線波長光を反射分波させる機能を発揮させることは不可能である。

図１４（ａ）に図示する分波素子（Ｈ−２）は、本願発明の分波素子（Ｄ−１）に相違して中間層（Ｌ１）を設けない場合である。
所謂図５（ａ）に表示する本願発明の分波素子（Ｄ−１）から、中間層（Ｌ１）１２を除いた比較実施形態−２の分波素子（Ｈ−２）である。

この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは存在せず、従って式（Ｉ）は成立しない。
その結果、図１４（ｂ）に表示する反射スペクトル波形図から明らかように、近赤外線領域に亘って、微弱な反射で、ブロードな一様な山形の反射スペクトル波形として表示されている。この波形図から明らかなように、入射させた近赤外線波長光は、全く反射分波されずに、ほぼ入射全波長光が透過されている。このような光学素子（Ｈ−２）では、本発明の波長分波光学素子のように近赤外線波長光を反射分波させる機能を発揮させることはできない。

従って、本願発明の分波素子（Ｄ−１）における屈折率（ｎ１）で膜厚（ｍ１）の透明樹脂中間層（Ｌ１）１２は、屈折率（ｎ２）で膜厚（ｍ２）の透明樹脂トップ層１１を屈折透過する入射波長光に対して、導波層として機能していると言える。

ｎ２−ｎ１＝０．０６〜０．２５ ・・・・（１）
ｎ０−ｎ１＝−０．１〜０．３ ・・・・（２）
図１５（ａ）に図示する分波素子（Ｈ−３）は、図５（ａ）に図示する本発明の分波素子（Ｄ−１）において、屈折率（ｎ１）＝１．４８５のＰＭＭＡ系樹脂中間層（Ｌ１）１２の膜厚（ｍ１）＝３μｍを、極薄膜の膜厚（ｍ１）＝０．５μｍのＰＭＭＡ系樹脂中間層１２ｄに替えた。同時に屈折率（ｎ０）＝１．６５の透明基板１３を、屈折率（ｎ０）＝１．６５の膜厚（ｍ０）＝１００μｍなる透明基板１３ｃとした比較実施形態−３の分波素子（Ｈ−３）である。

この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは存在せず、従って式（Ｉ）は成立しない。
その結果、図１５（ｂ）に図示する反射スペクトル波形図から明らかように、近赤外線の全領域に亘って、反射は微弱で、乱脈な山形の反射スペクトル波形図として表示されている。この波形図から明らかなように、入射させた近赤外線波長光は、全く反射分波されずに、ほぼ入射全波長光が透過されている。このような光学素子（Ｈ−３）では、本発明の波長分波光学素子のような近赤外線波長光を反射分波させる機能を発揮させることはできない。

その主な要因は、分波素子（Ｈ−３）においては、透明樹脂中間層（Ｌ１）１２ｄの膜厚（ｍ１）＝０．５μｍであることから、本願発明の波長分波光学素子（Ｄ−１）の透明樹脂中間層１２の膜厚（ｍ１）＝３μｍ厚と比べると、極めて極薄膜であって、明らかに上記のように本発明の波長分波光学素子における好適要件である膜厚（ｍ１）≧２μｍからは大きく外れる極薄膜である。

図１６（ａ）に図示する分波素子（Ｈ−４）は、同じく図５（ａ）に図示する本願発明の分波素子（Ｄ−１）に対して、特に両者のフィルファクター（ＦＦ）＝０．２５〜０．９５範囲にあるが、透明樹脂トップ層（Ｌ２）に設ける突起の形成周期（P）＝１．２３μｍである。

この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは存在せず、従って式（Ｉ）は成立しない。
その結果、図１６（ｂ）に図示する反射スペクトル波形図から明らかように、近赤外線領域に亘って、反射は微弱で、ブロードな山形の反射スペクトル波形を表示し、この波形図から明らかなように、入射させた近赤外線波長光は、全く反射分波されずに、ほぼ入射全波長光が透過されて、本願発明の波長分波光学素子のように、近赤外線波長光を反射分波させることができない。

図１７（ａ）に図示する分波素子（Ｈ−５）は、図５（ａ）に図示する本願発明の分波素子（Ｄ−１）に対して、その突起１０は、突起の形成周期（P）＝１．０３μｍで、突起幅（Ａ）＝１．００μｍである。また、その突起の幅（Ａ）＝１．００μｍであることから、その格子のフィルファクター（ＦＦ）＝０．９７とである。

この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは存在せず、従って式（Ｉ）は成立しない。
その結果、図１７（ｂ）に図示する反射スペクトル波形図から明らかように、近赤外線領域に亘って、微弱な反射で、ブロードな山形の反射スペクトル波形を表示し、入射させた近赤外線波長光は、全く反射分波されない。従って、ほぼ入射全波長光は透過されて、本発明のように近赤外線波長光を反射分波させることができない。

図１８（ａ）に図示する分波素子（Ｈ−６）は、透明樹脂トップ層（Ｌ２）１１ｂを形成する樹脂の屈折率（ｎ２）＝１．８３５にすることで、透明樹脂中間層１２の屈折率（ｎ１）＝１．４８５との屈折率差ｎ２−ｎ１＝０．３５である比較実施形態−６の光学素子（Ｈ−６）である。すなわち、本発明の波長分波光学素子における好適構成要件であるｎ２−ｎ１＝０．０６〜０．２５の要件を大きく外れている光学素子（Ｈ−６）である。

この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは１５２５nmであり、ピッチ幅Pは１．０３μmであり、ｎは１であり、Kは０．６７５である。
その結果、図１８（ｂ）に図示する反射スペクトル波形図から明らかように、近赤外線領域に亘って、かなりの反射強度を有する反射光を得られるが、同時にサイドバンドの反射も大きく、入射させた近赤外線波長光に対して、殆んど反射分波されていない。従って、ほぼ入射全波長光を透過させて、本願発明のように近赤外線波長光を反射分波させる機能を発揮させることができない。

図１９（ａ）に図示する分波素子は、透明樹脂トップ層（Ｌ２）１１ｂを形成する樹脂の屈折率（ｎ２）＝１．５６５にし、透明樹脂中間層１２の屈折率（ｎ１）＝１．４５２との屈折率差ｎ２−ｎ１＝０．１１３である光学素子である。

そして、この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは１５２５nmであり、ピッチ幅Pは０．４７μmであり、ｎは１であり、Kは０．３であり、式（Ｉ）を満足しない。

その結果、図１９（ｂ）に図示する反射スペクトル波形図から明らかように、近赤外線領域に亘って、かなりの反射強度を有する反射光を得られるが、同時にサイドバンドの反射も大きく、入射させた近赤外線波長光に対して、殆んど反射分波されていない。従って、ほぼ入射全波長光を透過させて、本願発明のように近赤外線波長光を反射分波させる機能を発揮させることができない。

図２０（ａ）に図示する分波素子は、透明樹脂トップ層（Ｌ２）１１ｂを形成する樹脂の屈折率（ｎ２）＝１．５６５にし、透明樹脂中間層１２の屈折率（ｎ１）＝１．４５２との屈折率差ｎ２−ｎ１＝０．１１３である光学素子である。

そして、この波長分波光学素子において、式（I）における反射対象の光Ｗ_vmaxは１５２５nmであり、ピッチ幅Pは３．１μmであり、ｎは１であり、Kは２であり、式（Ｉ）を満足しない。

その結果、図２０（ｂ）に図示する反射スペクトル波形図から明らかように、近赤外線領域に亘って、かなりの反射強度を有する反射光を得られるが、同時にサイドバンドの反射も大きく、入射させた近赤外線波長光に対して、殆んど反射分波されていない。従って、ほぼ入射全波長光を透過させて、本願発明のように近赤外線波長光を反射分波させる機能を発揮させることができない。

本発明の波動分波光学素子は、紫外線領域、可視領域、近赤外領域、光通信領域、光通信領域超の２００nm〜２０００nmの波長領域で利用することができる。たとえば、透明樹脂トップ層として屈折率１．５６５の樹脂を用い、透明樹脂中間層には屈折率１．４３２を用い、透明基板層には屈折率１．６７の樹脂を用いることができる。

紫外線領域（波長；０．２３５μm）では、凸条の幅が０．１μm、凸条の形成周期（P：ピッチ幅）は０．１５５μmまたは０．４６μmであり、式（I）におけるKは０．６５０であり、
可視領域（波長：０．５３４μｍ）では、凸条の幅が０．３μm、凸条の形成周期（P：ピッチ幅）を０．５７２μmまたは０．６２１μmであり、式（I）におけるKは０．６５９であり、
近赤外領域（波長：０．８６８μｍ）では、凸条の幅が０．３μm、凸条の形成周期（P：ピッチ幅）を０．５７２μmまたは０．６２１μmであり、式（I）におけるKは０．６５９であり、
光通信領域（波長：１．３０２μm）では、凸条の幅が０．３μm、凸条の形成周期（P：ピッチ幅）を１．３０２μmであり、式（I）におけるKは０．６６８であり、光通信領域超（波長：１．８４４μm）では、凸条の幅が０．９７２μm、凸条の形成周期（P）を１．２７２μmであり、式（I）におけるKは０．６８９である。

図２１（ａ）に上記の波長分波光学素子で反射して分波した紫外線領域の波長０．２３５μｍの紫外光の反射ピークを示し、、図２１（ｂ）に可視領域０．５３４μｍを可視光線の反射ピークを示し、図２１（ｃ）に近赤外領域（波長：０．８６８μｍの反射ピークを示す。図２１（ｂ）、図２１（ｃ）には、わすかにサイドバンドが認められるが、目的とする波長の光が本発明の波長分波光学素子で他の光から分離して反射させて取り出すことができることがわかる。

＜本発明による波長分波光学素子の製造法＞
上記に詳細に説明した近赤外線領域波長光に対して、所望する特定波長光を効果的に反射分波させる屈折率の異なる３層透明構造体からなる本願発明による波長分波光学素子について、添付図２２〜図２３を参照しながら、その製造法を以下に説明する。

本発明においては、「第１の工程」として屈折率（ｎ０）で樹脂膜厚（ｍ０）の透明基板又は透明ガラス基板（Ｌ０）上に、屈折率（ｎ１）で樹脂膜厚（ｍ１）の樹脂を用いて透明樹脂中間層（Ｌ１）を積層成膜させた後、「第２の工程」として、透明樹脂トップ層として、凸状又は凹状の格子微細構造を形成させる屈折率（ｎ２）で樹脂膜厚（ｍ２）の透明樹脂トップ層（Ｌ２）を積層成膜させる。

次いで、「第３の工程」として、この透明樹脂トップ層（Ｌ２）に、熱ナノインプリント法で、一次元方向に凸状又は凹状長尺格子微細構造を一次元周期に転写配列（＝長尺格子が縦縞状に転写されている。）させて、本願発明の波長分波光学素子が調製される。

本発明の「第１の工程」〜「第３の工程」からなる製造法において、特に重要な工程評価は、以下に記載する（イ）〜（ハ）なる観点である。
（イ）図２２（ａ）に表示するＳＥＭ写真像は、「第１の工程」及び「第２の工程」によって、透明基板上に、中間層用のＰＭＭＡ系樹脂液をスピンコートし、次いで塗膜硬化させた後、トップ層用のスチレン系樹脂液をスピンコートし、塗膜硬化させて積層成膜してなる積層体の切断面を表すＳＥＭ写真像である。

例えば、本願発明の一実施形態の写真像から、膜厚（ｍ１）＝３．２１μｍのＰＭＭＡの中間層（Ｌ１）上に、膜厚（ｍ２）＝１．３４μｍのポリスチレンのトップ層（Ｌ２）が、両層が極めて平滑且つ良好な対平面性で、積層境界面が積層成膜されていることがよく分かる。
（ロ）次いで、図２２（ｂ）に表示するＳＥＭ写真像は、「第３の工程」によって、このポリスチレントップ層に、熱ナノインプリント法で、突起の深さ（Ｄ２）＝０．２６μｍの凸条および凹部からなる格子を一次元周期で転写させた後の、本願発明の波長分波光学素子（Ｄ−１）の切断面を表すＳＥＭ写真像である。

同様に、この本願発明の一実施形態の写真像から、本願発明の製造法によって、格子状微細構造を転写させた後においても、両層の膜厚は所定の膜厚（ｍ１）＝３．２１μｍ及び膜厚（ｍ２）＝１．３４μｍは、良好な平滑性且つ良好な対平面性を維持していることがよく分かる。
（ハ）また、図２３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、図２３（ａ）に図示する概念平面図には、熱ナノインプリント法で転写させる格子状微細構造［凸条の形成周期（P））、溝幅］のモールドを表示し、図２３（ｂ）に図示する概念平面図には、透明樹脂トップ層にモールドの格子状微細構造を転写させた反転像［突起の形成周期（P）、格子幅（Ａ）］の本発明の凸状格子の一次元周期に配列している概念図が表示されている。

そこで、図２３（ｃ）の表を参照すると、既に上記に詳細に説明した、本願発明による波長分波光学素子（Ｄ−１）において、製造の「第３の工程」で、その透明樹脂トップ層の表面に形成されている所定の形成周期（P）、格子幅（Ａ）の凸条格子が、良好な一次元周期及び格子幅（Ａ）それぞれの寸法（サイズ）通りに転写されていることが良く理解される。
＜透明樹脂中間層及び透明樹脂トップ層の透明樹脂層（Ｌ１，Ｌ２）用の各種透明樹脂＞
本発明においては、格子状樹脂層（Ｌ２）及び透明樹脂層（Ｌ１）に用いる熱可塑性及び熱硬化性樹脂部材として、例えば、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、（チオ）フェノール誘導体系樹脂、無機ナノ粒子添加系樹脂、有機ナノ粒子添加系樹脂及び有機−無機ハイブリット系樹脂の群から選ばれる何れか単独又は何れか２種類以上を適宜好適に組合せて、格子状樹脂層（Ｌ２）及び透明樹脂層（Ｌ１）に用いることができる。

また、本発明において、特に２種類以上を組合せて用いる樹脂として、好ましくは、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、（チオ）フェノール誘導体系樹脂及び有機−無機ハイブリット系樹脂の群から選ばれる何れかの樹脂に、無機ナノ粒子添加系樹脂を適宜好適に組合せて用いることができる。
＜透明基板層（Ｌ０）用の各種透明部材＞
本発明においては、透明基板層（Ｌ０）に用いる透明部材として、例えば、熱可塑性及び熱硬化性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）系樹脂、ポリ乳酸（ＰＬＡ）系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド（ＰＡ）系樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）系樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）系樹脂、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）系樹脂、ポリサルホン（ＰＳＦ）系樹脂及びポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）系樹脂等の群から選ばれる何れかの樹脂を透明基板層（Ｌ０）に適宜好適に用いられ、更に本発明においては、透明ガラスも、透明基板層（Ｌ０）に適宜好適に用いることができる。

＜本発明による波長分波光学素子の用途＞
このような表面微細構造部材の有用な用途としては、従来から周知公用である回折格子光フィルター、波長光変換素子、導波モード波長フィルター、透過型ブレーズド回折格子、光ピックアップ部の回折格子、波長分離多重通信方式用偏光変換素子等の光学部品（又は光学素子）等が挙げられる。また、カラーコピーの色判別、バーコートスキャナー、光センサーの光ノイズ除去フィルター等に用いられる。

以下に、本発明を実施例により説明するが、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。
（実施例）
本実施例においては、
（１）屈折率（ｎ０）で膜厚（ｍ０）＝１００μｍのＰＥＴフィルム、ＰＳＦフィルム及びＰＥＳフィルムを透明基板（Ｌ０）に用いた。
（２）その基板上に、屈折率（ｎ１）で膜厚（ｍ１）＝３〜４．６μｍ範囲にあるＰＭＭＡ系透明樹脂層（Ｌ１）又はＰＭＭＡ／ＰＳｔ系共重合樹脂層（Ｌ１）を透明樹脂中間層（Ｌ１）として成膜させた。
（３）次いで、その透明樹脂中間層上に、屈折率（ｎ２）で膜厚（ｍ２）＝０．８５〜１．４４μｍ範囲にあるポリスチレン系透明樹脂中間層（Ｌ２）、酸化ジルコニアナノ粒子分散ＰＳｔ系樹脂層（Ｌ２）又は有機−無機ハイブリット系樹脂層（Ｌ２）を透明樹脂トップ層（Ｌ２）として成膜させた。
（４）次いで、この透明樹脂トップ層（Ｌ２）に、熱ナノインプリント法で、例えば、図２２（ｂ）に示すＳＥＭ写真像のような格子構造［格子の深さ（Ｄ２）＝０．２６μｍ、所定の格子の周期（P）及び所定のフィルファクター］を転写させて、本発明による波長分波光学素子を調製した。
＜透明樹脂中間層、透明樹脂トップ層の屈折率測定法＞
本発明において、透明樹脂中間層、透明樹脂トップ層用樹脂の屈折率を、プリズムカプリング法（Metri-con社製モデル２０１０プリズムカプラ、２５℃、波長；１５５６nm）で測定した。測定するに際して基板にはガラスを用いた。
＜屈折率（ｎ１）、膜厚（ｍ１）の透明樹脂中間層（Ｌ１）用樹脂の調製＞
（参考例１）
透明樹脂中間層（Ｌ１）用のＰＭＭＡ系透明樹脂（Ｌ１−１）を調製した。

温度計と窒素導入管とを装着した容量１リットルの四つ口フラスコに、ＭＭＡ１００質量部と、ブチルパーオキサイド０．５質量部と、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）１質量部と、水道水２００質量部とを添加し、３３００ｒｐｍ攪拌下に乳化させた後、充分に窒素パージさせて、７２℃まで昇温−保持後、９０℃×1時間保持させた。

このように調製した略重合率１００％のエマルションを、ＩＰＡ洗浄／乾燥／粉化させた。この樹脂についてＧＰＣ法で用いて測定した重量平均分子量（Ｍｗ）は１６０万で、分子量分布係数は２．７であった。また、このように調製された中間層用ＰＭＭＡ樹脂（Ｌ１−１）の屈折率（ｎ１）は１．４８５であった。
（参考例２）
同じく、透明樹脂層（Ｌ１）用のＰＭＭＡ系透明樹脂（Ｌ１−２）を調製した。 参考例１と同様に容量１リットルの四つ口フラスコに、ＭＭＡ９７．４質量部と、メタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）１．６質量部と、メタクリル酸（ＭＡＡ）１質量部と、メチルセロソルブ２００質量部とを添加し、充分に窒素パージさせた後、６５℃まで昇温させた後、アゾ系開始剤（アゾビスジメチルバレロニトリル）０．５質量部を添加後、６５℃×６時間保持させて重合反応を終了させた。また、参考例１と同様にして測定した、中間層用ＰＭＭＡ系樹脂（Ｌ１−２）の屈折率（ｎ１）＝１．４８２であった。
（参考例３）
＜透明樹脂中間層（Ｌ１）用ＰＭＭＡ／ＰＳｔ系共重合樹脂の調製＞
同じく、透明樹脂中間層（Ｌ１）を成膜させるのに用いるＰＭＭＡ／ＰＳｔ系共重合透明樹脂（Ｌ１−３）を調製した。

同じく温度計と窒素導入管とを装着した容量１リットルの四つ口フラスコに、メチルメタクリレート９０質量部、スチレン１０質量部、ラウリルパーオキサイド ０．５質量部、ポリビニルアルコール1質量部、水道水２００質量部を添加して乳化させて窒素パージ後、７２℃まで昇温−保持後、９０℃×２時間保持させた。

このように調製した略重合率１００％のエマルションを、ＩＰＡ洗浄／乾燥／粉化させた。そのＧＰＣ法で測定した重量平均分子量（Ｍｗ）＝６０万で、分子量分布係数＝３．０であった。また、参考例１と同様にして測定した、中間層用ＰＭＭＡ／ＰＳｔ系共重合樹脂（Ｌ１−３）の屈折率（ｎ１）＝１．４９３であった。
（参考例４）
＜屈折率（ｎ２）、膜厚（ｍ２）のトップ層（Ｌ２）用の透明樹脂層樹脂の調製＞
＜ＰＳｔ系樹脂＞
ポリスチレン系透明樹脂の透明樹脂トップ層（Ｌ２）を成膜させるに用いるＰＳｔ系透明樹脂（Ｌ２−４）を調製した。

温度計と窒素導入管とを装着した、容量１リットルの四つ口フラスコに、スチレン（Ｓｔ）１００質量部と、ブチルパーオキサイド０．４５質量部と、水道水１３０質量部と、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム０．００４質量部と、第三燐酸カルシウム（ＴＣＰ）１０質量部とを添加した。次いで、回転数１００００ｒｐｍ攪拌下に乳化させた後、充分に窒素パージさせて８７−９０℃で重合させて約３．５時間保持させた後、更に８９−９１℃×１．５時間保持し、次いで、９６−９７℃×１時間保持した。

重合したエマルションを３５％塩酸および水で洗浄し乾燥させ、粉体化した。このように調製されたエマルションの重合率は約１００％であり、ＧＰＣ測定の結果、重量平均分子量は２０万、分散指数は２．３であった。また、参考例１と同様にして測定した、トップ層用ＰＳｔ系透明樹脂（Ｌ２−４）の屈折率（ｎ２）＝１．５６５であった。
（参考例５）
＜ＰＳｔ系樹脂＞
同じく、ポリスチレン系透明樹脂のトップ層透明樹脂層（Ｌ２）用のＰＳｔ系透明樹脂（Ｌ２−５）を調製した。

温度計と窒素導入管とを装着した、容量１リットルの四つ口フラスコに、スチレン（Ｓｔ）１００質量部と、ブチルパーオキサイド ０．３６６質量部を添加し、常温で窒素パージを行った。次いで、８０℃まで昇温させて重合させた後、９０℃まで昇温×２時間保持したのち、ブチルパーオキサイド０．４３３質量部を追添加させ、１００℃×３時間保持した。重合したワニスは略重合率１００％で、同様に、ＧＰＣ測定の結果、重量平均分子量は１０万、分子量分布は２．１４であった。また、参考例１と同様にして測定した、トップ層用ＰＳｔ系透明樹脂（Ｌ２−５）の屈折率（ｎ２）＝１．５６６であった。
（参考例６）
＜酸化ジルコニアナノ粒子分散ＰＳｔ系樹脂＞
同じく、トップ層透明樹脂層（Ｌ２）用の酸化ジルコニアナノ粒子分散ＰＳｔ系透明樹脂（Ｌ２−６）を調製した。参考例５で調製した（Ｍｗ）＝１０万のポリスチレン樹脂に、回転数５０００ ｒｐｍ攪拌下に、ＭＥＫに分散させた粒径１０ｎｍの酸化ジルコニアナノ粒子を、重量基準で表して９５：５の割合で、十分に混合調製した。また、参考例１と同様にして測定した、トップ層用酸化ジルコニアナノ粒子分散ＰＳｔ系透明（Ｌ２−６）の屈折率（ｎ２）＝１．６０７であった。
（参考例７）
＜有機−無機ハイブリット系樹脂＞
同じく、トップ層透明樹脂層（Ｌ２）用の有機−無機ハイブリット系樹脂（Ｌ２−４）を調製した。

温度計、撹拌装置を備えた容量３００ｍｌのフラスコに、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン［Ｂ１] ４６質量部に、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）１５質量部と、テトラ−ｎ−プロポキシチタンニウム０．３質量部[Ａ１]とを添加して攪拌混合した（［Ｂ１］：［Ａ１］＝１：３．５２×１０^-3）。

次いで、塩酸水溶液でｐＨ＝２に調整した後、ＭＭＡ３０質量部、テトラ−ｎ−プロポキシチタンニウム６０質量部[Ａ２]を添加した後、ｐＨ＝２の塩酸水溶液［Ｃ２］を添加して、脱アルコール型の反応性ラジカルを有するチタン・シラン縮合体を含有する含水ＭＭＡ混合溶液を調製した（([Ｂ１]+[Ａ１]+[Ａ２])：[Ｃ２]＝１：０．５８）。

次いで、得られた混合溶液を静置／上層をデカンテーション法で分離し、下層を無水硫酸マグネシウムで脱水処理を行った。得られた樹脂溶解液の固形分は７４％で、樹脂分のＧＰＣ法による（Ｍｗ）＝５万、分散指数は３．４であった。また、このように調製した樹脂の屈折率（ｎ２）＝１．６１０であった。
＜本発明による波長分波光学素子の作製＞
上記する（参考例１）〜（参考例７）で調製した中間層及びトップ層用樹脂を用いて、実施例１〜６に記載の方法に従って本発明による波長分波光学素子を作製した。
（実施例１、２）
＜透明樹脂中間層（PMMA層）の成膜化＞
実施例１；参考例−１で調製したＰＭＭＡ系樹脂（Ｌ１−１）の粘度１．６Ｐの液状樹脂を、膜厚（ｍ０）＝１００μｍの透明基板（Ｌ０）であるＰＥＴフィルム上に塗工（塗工条件：回転数１０００ｒｐｍで５秒、回転数２０００ｒｐｍで１０秒スピンコート）し、次いで、４０℃×１０分で、更に９０℃×３０分で乾燥し、膜厚約4.5〜4.6μmの硬化ＰＭＭＡ層を成膜させた。

実施例２；同様に、参考例−２で調製したＰＭＭＡ系樹脂（Ｌ１−２）の粘度０．５９Ｐに４−ジメチルアミノピリジンを０．５％（対樹脂）添加・混合した液状樹脂を、膜厚（ｍ０）＝１００μｍの透明基板（Ｌ０）であるＰＳＦフィルム上に塗工（塗工条件：回転数１０００ｒｐｍ×５秒でスピンコートさせた後、更に回転数１５００ｒｐｍと、２０００ｒｐｍと、３０００ｒｐｍとで、それぞれ１０秒スピンコートさせたものを、それぞれ４０℃×１０分で、更に９０℃×３０分で、更に１０５℃×６０分で乾燥させて膜厚約３〜４．６μｍの硬化ＰＭＭＡ層を成膜させた。

なお、本発明においては、ミカサ工業製スピンコーター１Ｈ−ＤＸ２を用いてスピンコートさせた。
＜透明樹脂中間層の成膜性の評価＞
実施例１及び実施例２で得られた１０ｃｍ×１０ｃｍ角サイズ試験片内の任意の１０箇所点の膜厚（ｍ１）を測定し、その結果を表１に示した。表１に記載するその膜厚の標準偏差（σ）値から明らかなように、平滑で対平面性に優れる中間層（ｍ１）が成膜されていることが分かる。なお、本発明における膜厚計測は、FILMETRICS製の薄膜測定装置Ｆ２０を用いて行った。

（実施例３、４）
＜透明樹脂トップ層（ＰＳｔ層）成膜化＞
実施例３；実施例１で成膜した中間層のＰＭＭＡ層上に、参考例４で調製したポリスチレン系透明樹脂（Ｌ２−２）［（Ｍｗ）＝２０万］の粘度０．４Ｐ樹脂液を回転数５０００ｒｐｍ×２０秒でスピンコートさせた後、４０℃×１０分で乾燥させ、次いで、９０℃×１０分で乾燥させてトップ層透明樹脂層（Ｌ２）を成膜させた。

実施例４；実施例２で成膜した中間層のＰＭＭＡ層上に、参考例５で調製したポリスチレン系透明樹脂（Ｌ２−２）［（Ｍｗ）＝１０万］の粘度０．４Ｐ樹脂液を回転数７０００ｒｐｍ×２０秒でスピンコートさせた後、４０℃×１０分乾燥させ、次いで、９０℃×３０分乾燥させてトップ層透明樹脂層（Ｌ２）を成膜させた。
＜透明樹脂トップ層の成膜性の評価＞
実施例３及び実施例４で得られた１０ｃｍ×１０ｃｍ角サイズ試験片の任意の１０箇所点の膜厚（ｍ２）を測定し、その結果を［表２］に示した。表２に記載するその膜厚の標準偏差（σ）＝±１０ｎｍ前後であることから明らかなように、成膜面は高度に平滑でしかも、極めて対平面性に優れたトップ層（ｍ２）が成膜されていることが分かる。

＜モールドの作製＞
モールドの作成では、市販のシリコン基材に、レジスト塗布、ＥＢ照射、現像、エッチング、残存レジストの除去等の通常の手順を介して、所定の凸状長尺格子を透明樹脂トップ層（Ｌ２）に一次元周期で転写させることが出来るモールドを作製した。作製したモールドは、住友３Ｍ製ノベック表面処理剤EGC1720を用いて表面処理を行った。作製したモールドの側長をＳＥＭ及びＡＦＭにより測定した。

条件; レジスト：住友化学製 ZEP-520
モールド基材：シリコン
ＥＢ： ELIONIX ELS3700使用(1×10^-6A, 30kV)
エッチング：ＳＦ₆ガス(２０ SCCM,0.28Pas, 2kV,20mA, 12min)
エッチング（残レジストの除去）：Ｏ₂ガス(5Pas, 100W)
モールド剥離処理：住友３M製ノベック表面処理剤EGC1720
＜格子構造の転写法＞
使用機器：東芝機械(株)製ＳＴ５０を使用した。転写方法：熱ナノインプリントで行った。使用した成型機の性能（温度精度、面精度、ショット精度等）によって適宜対処させた。その中で本発明においては、温度：130 ℃、プレス力：1.53 MPa、プレス速度：0.01 mm/sec、プレス時間：300秒、離型温度：60 ℃等を設定して転写させた。
（実施例５、６）
実施例５；ポリオレフィン系透明樹脂のＣＯＰ基板（ｍ０）上に、参考例１で調製した透明樹脂中間層（Ｌ１）用のＰＭＭＡ系樹脂（Ｌ１−１）を、実施例１と同様にして膜厚（ｍ１）＝１４．５μｍの透明樹脂中間層（Ｌ１）を成膜させた上に、参考例６で調製した透明樹脂トップ層（Ｌ２）用の酸化ジルコニアナノ粒子分散ＰＳｔ系樹脂（Ｌ２−３）の粘度０．６Ｐの液状樹脂液を回転数５０００ｒｐｍで、更に７０００ｒｐｍ×２０秒でスピンコートさせた後、４０℃×１０分乾燥し、更に９０℃×３０分乾燥させて膜厚（ｍ２）＝１．１６μｍの透明樹脂トップ層（Ｌ２）を成膜させた。

実施例６；ＰＥＳ基板（ｍ０）上に、参考例３で調製した透明樹脂中間層（Ｌ１）用のＰＭＭＡ／ＰＳｔ系共重合樹脂（Ｌ１−３）を、実施例２と同様にして膜厚（ｍ１）＝４．５μｍの中間層（Ｌ１）を成膜させた上に、参考例７で調製した透明樹脂トップ層（Ｌ２）用の有機−無機ハイブリット樹脂（Ｌ２−４）の粘度０．６Ｐの液状樹脂液を回転数５０００ｒｐｍmで、更に７０００ｒｐｍ×２０秒でスピンコートさせ、次いで４０℃×１０分乾燥させ、更に９０℃×３０分乾燥させて膜厚（ｍ２）＝１．１５μｍのトップ層（Ｌ２）を成膜させた。

次いで、実施例４及び５で作製したそれぞれ分波素子（Ｄ−ａ）及び（Ｄ−ｂ）のトップ層に、それぞれ、格子幅（Ａ）＝０．６８μｍ、格子深さ（Ｄ２）＝０．２６μｍ、フィルファクター（ＦＦ）＝０．６６の凸状長尺格子が設けられている。

また、下記図２２（ａ）及び（ｂ）には、実施例４で作製した透明樹脂トップ層（Ｌ２）／透明樹脂中間層（Ｌ１）／透明基板（Ｌ０）」の３層構造体及びその「トップ層（Ｌ２）」に凸状長尺格子を設けた３層構造体の切断面のＳＥＭ写真像が、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に表示されている。この写真像から本発明による屈折率３層構造体としての波長分波光学素子内部には、異物、気泡等は観測されず、また、各積層界面も平滑で、更に各積層面間の対平面性（又は平行性）も良好であることが良く分かる。
＜透明基板層、透明樹脂中間層、透明樹脂トップ層の光透過性評価＞
（株）村上色彩技術研究所製のヘーズメータＨＭ−１５０型及び日本分光（株）製の紫外可視近赤外分光光度計Ｖ−６７０を用いて、全光線透過率及び近赤外領域での分光透過率を測定した。本発明で作製した３層構造フィルム試験片について測定した結果、波長３６０ｎｍ〜１．６μｍ領域内に対して全光線透過率＝８０％以上であった。
＜光学素子評価結果＞
次いで、上記波長分波光学素子（Ｄ−ａ）及び（Ｄ−ｂ）の透明樹脂トップ層面に１．０〜１．６μｍの近赤外線領域波長光を垂直光として走査入射させた。

ブランクとして、反射率９６％の金ミラーシグマ光機社製。光源として波長可変レーザーアンリツ社製8146Ａを、検出器としてアンリツ社製パワーメータ81632Aを使用した。
その結果、波長分波光学素子（Ｄ−ａ）においては、１．５５４μｍ波長光が反射率＝９５％で分波され、波長分波光学素子（Ｄ−ｂ）においては、１．５６３μｍ波長光が反射率＝９０％で分波されていた。

以上から、本発明の波長分波光学素子によれば、近赤外線領域波長光の入射光に対して、サイドバンド反射率を低下させて、特定波長のみを高反射率で反射分波させる透明積層構造体からなる波長分波光学素子を、しかも、安価な作製コストで提供することができた。

また、このようにして提供する特定近赤外線波長光の反射分波性に優れる波長分波光学素子は、例えば、波長分離（分波）素子、偏光分離素子、波長光変換素子、回折格子光フィルター、波長選択フィルター、導波モード共鳴格子フィルター、光ピックアップ部の回折格子等の波長分離光学素子分野に、特に波長多重光通信用の狭帯域波長フィルタとして有用使される。また、カラーコピーの色判別、バーコードスキャナー、光センサーの光ノイズ除去フィルター等に用いられる。

Claims (16)

1. 屈折率の異なる透明樹脂層が複数積層され、最表面層にある透明樹脂層の表面に、所定の間隔を形成して多数の突起が透明樹脂層を形成する樹脂で透明樹脂トップ層と一体不可分に形成されてなり、
   該隣接する突起の形成周期幅（Ｐ）が、反射させようとする光の波長（Ｗ_vmax）に対して次式で表わされる関係を有することを特徴とする波長分波光学素子；
   

   

   （ただし、上記式（Ｉ）において、Ｗ_vmaxは反射させようとする光の波長であり、Ｗ_vmaxが２００〜２０００nmの範囲内にあり、ｎは１または２であり、Ｋは０．５〜０．７５である。）。
2. 上記屈折率の異なる透明樹脂層が、少なくとも、透明基板層(Ｌ0)と、透明樹脂中間層(Ｌ1)と、透明樹脂トップ層(Ｌ2)の三層構造を有することを特徴とする請求項第１項記載の波長分波光学素子。
3. 上記三層構造からなる波長分波光学素子の透明樹脂トップ層の屈折率(n2)と、これに積層された透明樹脂中間層の屈折率（n1）との差(n2-n1)が０．０６〜０．２５の範囲内にあることを特徴とする請求項第1項または第２項記載の波長分波光学素子。
4. 上記三層構造の波長分波光学素子の透明基板層の屈折率(n0)と透明樹脂中間層の屈折率（n1）との差(n0-n1)が、−０．１〜０．３の範囲内にあることを特徴とする請求項第1項または第２項記載の波長分波光学素子。
5. 上記反射させようとする波長（Ｗ_vmax）の光の反射率が７０％以上であることを特徴とする請求項第１項記載の波長分波光学素子。
6. 上記透明樹脂トップ層(Ｌ2)の表面において、突起と間隙との合計体積に対する突起の占有体積（フィルファクター；ＦＦ）が、０．０７〜０．９５の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の波長分波光学素子。
7. 上記透明樹脂トップ層の表面に形成された多数の突起の立設方向が、反射しようとする波長の入射光を含む多重波長光または単独波長光に対して略平行（０°）〜６０°の範囲内の方位角度で形成されていることを特徴とする請求項第1項記載の波長分波光学素子。
8. 上記所定の間隔になるように形成された突起が、縦断面形状が略長方形の凸条の形状を有することを特徴とする請求項第1項記載の波長分波光学素子。
9. 上記所定の間隔になるように形成された突起が、縦断面形状が略長方形の多角柱の形状を有することを特徴とする請求項第1項記載の波長分波光学素子。
10. 上記所定の間隔になるように形成された突起が、縦断面形状が略長方形の円柱の形状を有することを特徴とする請求項第1項記載の波長分波光学素子。
11. 上記所定の間隔になるように形成された突起が、縦断面形状が略長方形の楕円柱の形状を有することを特徴とする請求項第1項記載の波長分波光学素子。
12. 上記所定の間隔になるように形成された突起が、隣接する突起との間で接合点を有し、接合された突起群により凸部を形成し、突起部の存在しない部分に凹部を形成していることを特徴とする請求項第1項記載の波長分波光学素子。
13. 上記透明樹脂トップ層の上面からの突起の高さが、０．０５〜１．０μmの範囲内にあることを特徴とする請求項第1項記載の波長分波光学素子。
14. 前記透明樹脂トップ層（Ｌ2）の層厚(m2)が０．３０〜３．００μｍ範囲にあることを特徴とする請求項1記載の波長分波光学素子。
15. 上記透明樹脂中間層(L1)の層厚(m1)が２．０μｍ以上であることを特徴とする請求項第2項記載の波長分波光学素子。
16. 上記波長分波光学素子を形成する樹脂が、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、（チオ）フェノール誘導体系樹脂、フッ素変性アクリル系樹脂、無機ナノ粒子添加系樹脂および有機−無機ハイブリット系樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも一種類の樹脂を含むことを特徴とする請求項第1項記載の波長分波光学素子。

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