KR102403407B1 - 회절 광학 소자, 광조사 장치 - Google Patents

Abstract

광의 이용 효율이 높고, 또한 광의 입사각이 어긋난 경우라도, 회절광에 대한 영향이 적고 안정되게 원하는 회절광을 얻을 수 있으며, 또한 회절광의 불균일이 적은 회절 광학 소자, 광조사 장치를 제공한다. 회절 광학 소자(10)는, 광을 정형하는 회절 광학 소자이며, 단면 형상에 있어서 복수의 볼록부(11a)가 나란히 배치되어 있는 고굴절률부(11)와, 고굴절률부(11)보다 굴절률이 낮고, 적어도 볼록부(11a)의 사이에 형성되어 있는 오목부(12)를 포함하는 저굴절률부(14)를 갖는 회절층(15)을 구비하고, 볼록부(11a)는, 그의 측면 형상의 적어도 일방측에, 높이가 상이한 복수의 단차부(11a-1, 11a-2, 11a-3, 11a-4)를 구비한 다단계 형상을 갖고 있고, 볼록부(11a)의 측면 형상은, 회절층(15)을 포함하는 평면에 대하여 기운 경사부(11b, 11c, 11d)를 적어도 일부에 구비한다.

Description

회절 광학 소자, 광조사 장치

본 발명은 회절 광학 소자, 광조사 장치에 관한 것이다.

네트워크의 보급에 의한 시큐리티 리스크 회피를 위한 개인 인증에 대한 요구나, 자동차의 자동 운전화의 흐름, 또는 소위 「사물 인터넷」의 보급 등, 근년, 센서 시스템을 필요로 하는 국면이 증대되고 있다. 센서에는 여러 가지의 종류가 있으며, 검출하는 정보도 다양하지만, 그 중 하나의 수단으로서, 광원으로부터 대상물에 대하여 광을 조사하고, 반사해 온 광으로부터 정보를 얻는다고 하는 것이 있다. 예를 들어, 패턴 인증 센서나 적외선 레이더 등은 그 일례이다.

이들 센서의 광원은, 용도에 따른 파장 분포나 밝기, 확산을 가진 것이 사용된다. 광의 파장은, 가시광 내지 적외선이 자주 사용되며, 특히 적외선은 외광의 영향을 받기 어렵고, 비가시적이고, 대상물의 약간 내부를 관찰하는 것도 가능하다고 하는 특징이 있기 때문에, 널리 사용되고 있다. 또한, 광원의 종류로서는, LED 광원이나 레이저 광원 등이 많이 사용된다. 예를 들어, 먼 곳을 검지하기 위해서는 광의 확산이 적은 레이저 광원이 적합하게 사용되고, 비교적 가까운 곳을 검지하는 경우나, 어느 정도의 확산을 가진 영역을 조사하기 위해서는 LED 광원이 적합하게 사용된다.

그런데, 대상으로 하는 조사 영역의 크기나 형상은, 반드시 광원으로부터의 광의 확산(프로파일)과 일치한다고 단언할 수는 없으며, 그 경우에는 확산판이나 렌즈, 차폐판 등에 의해 광을 정형할 필요가 있다. 최근에는 Light Shaping Diffuser(LSD)라고 하는, 광의 형상을 어느 정도 정형할 수 있는 확산판이 개발되어 있다.

또한, 광을 정형하는 다른 수단으로서, 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element: DOE)를 들 수 있다. 이것은 상이한 굴절률을 가진 재료가 주기성을 갖고 배열되어 있는 장소를 광이 통과할 때의 회절 현상을 응용한 것이다. DOE는, 기본적으로 단일 파장의 광에 대하여 설계되는 것이지만, 이론적으로는, 거의 임의의 형상으로 광을 정형하는 것이 가능하다. 또한, 상술한 LSD에 있어서는, 조사 영역 내의 광 강도가 가우스 분포로 되는 것에 비해, DOE에서는, 조사 영역 내의 광 분포의 균일성을 제어하는 것이 가능하다. DOE의 이러한 특성은, 불필요한 영역으로의 조사를 억제함에 따른 고효율화나, 광원수의 삭감 등에 의한 장치의 소형화 등의 점에서 유리하게 된다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

또한, DOE는, 레이저와 같은 평행 광원이나, LED와 같은 확산 광원 중 어느 것에도 대응 가능하며, 또한 자외광으로부터 가시광, 적외선까지의 넓은 범위의 파장에 대하여 적용 가능하다.

DOE는, nm 오더로의 미세 가공이 필요하며, 특히 장파장의 광을 회절하기 위해서는, 고애스펙트비의 미세 형상을 형성할 필요가 있었다. 그를 위해, DOE의 제조에는, 종래, 전자선을 사용한 전자선 리소그래피 기술이 사용되고 있다. 예를 들어, 자외선 내지 근적외선 영역에서 투명한 석영판에, 하드 마스크나 레지스트를 성막한 후, 전자선을 사용하여 레지스트에 소정의 형상을 묘화하고, 레지스트 현상, 하드 마스크의 건식 에칭, 석영의 건식 에칭을 순차적으로 행하여, 석영판 표면에 패턴을 형성한 후, 하드 마스크를 제거함으로써 원하는 DOE를 얻을 수 있다.

일본 특허 공개 제2015-170320호 공보

DOE는, 광을 효율적으로 정형하는 것이 가능하지만, DOE와 공기 계면(또는, DOE와 굴절률이 상이한 재료와의 계면)에 있어서, 굴절률이 급격하게 변화함에 따른 계면 반사가 일어나 버린다. 이 계면 반사는, 광의 이용 효율을 저하시켜 버린다.

계면 반사를 피하기 위해서는, 예를 들어 유전체 다층막과 같은 반사 방지막을 형성한다고 하는 방법이 고려되지만, 일반적으로 비용 상승으로 이어지는 경우가 많았다. 또한, 반사 방지막을 DOE의 미세 형상을 따라 균일하게 형성하기가 곤란한 경우가 많았다.

또한, DOE는, 일반적으로 어떠한 결정된 방향으로부터의 입사광에 대하여 원하는 정형을 광에 행할 수 있도록 설계된다. 레이저 광원을 사용하는 경우에는, DOE면(DOE의 주기 구조가 존재하는 면, 또는 그의 이면)에 대하여, 통상, 수직 입사되는 경우가 많다. 또한, LED 등의 확산 광원을 사용하는 경우에는, 광원의 확산 프로파일을 바탕으로 하여, DOE 평면(회절 격자의 주기 구조를 포함하는 면)에 대하여 비스듬하게 광이 들어가는 것을 고려한 설계가 DOE에 대하여 행해진다.

그러나, DOE를 실제로 사용하는 경우에는, 설계에 사용한 확산 프로파일 그대로의 각도로 광이 입사한다고 단언할 수는 없으며, 장치의 조립 정밀도나 광원의 성능 편차 등의 영향으로 입사각이 변화하는 경우가 있다. 종래의 DOE에서는, 입사각이 설계 시의 각도로부터 어긋나면, 회절광(출사광)의 특성(예를 들어, 배광 특성)이 크게 변화하는 경향이 있었다. 그 때문에, DOE 및 DOE를 구비한 광조사 장치의 설계 마진이 좁아지는 경향이 있고, 실용화가 곤란하거나, 장치의 고액화가 우려되거나 하였다.

또한, DOE의 배광 효율을 향상시키기 위해, 단면 형상을 다단계 형상으로 형성하는 경우가 있다. 이것은, 광의 회절의 방향을 제어함으로써 배광 정밀도를 높이는 것이다. 그러나, 그와 같이 높은 정밀도를 요구하는 경우, 다단계 형상을 가공하는 공정에 있어서의 가공 정밀도에는 한계가 있어, 다단계 형상의 치수에 편차가 생긴다. 그리고, 이 다단계 형상의 치수 편차에 의해, 정형된 회절광에도 불균일이 생기는 경우가 있었다.

본 발명의 과제는, 광의 이용 효율이 높고, 또한 광의 입사각이 어긋난 경우라도, 회절광에 대한 영향이 적고 안정되게 원하는 회절광을 얻을 수 있으며, 또한 회절광의 불균일이 적은 회절 광학 소자, 광조사 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 이하와 같은 해결 수단에 의해, 상기 과제를 해결한다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해, 본 발명의 실시 형태에 대응하는 부호를 붙여 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

제1 발명은, 광을 정형하는 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)이며, 단면 형상에 있어서 복수의 볼록부(11a, 21a, 31a, 41a 등의 형상)가 나란히 배치되어 있는 고굴절률부(11, 21, 31, 41)와, 상기 고굴절률부(11, 21, 31, 41)보다 굴절률이 낮고, 적어도 상기 볼록부(11a, 21a, 31a, 41a 등의 형상)의 사이에 형성되어 있는 오목부(12)를 포함하는 저굴절률부(14)를 갖는 회절층(15, 25, 35, 45)을 구비하고, 상기 볼록부(11a, 21a, 31a, 41a)는, 그 측면 형상의 적어도 일방측에, 높이가 상이한 복수의 단차부(11a-1, 11a-2, 11a-3, 11a-4, 21a-1, 21a-2, 21a-3, 21a-4, 31a-1, 31a-2, 31a-3, 31a-4, 41a-1, 41a-2, 41a-3, 41a-4)를 구비한 다단계 형상을 갖고 있고, 상기 볼록부(11a, 21a, 31a, 41a)의 측면 형상은, 상기 회절층(15, 25, 35, 45)을 포함하는 평면에 대하여 기운 경사부(11b, 11c, 11d, 21b, 21c, 21d, 31b, 31c, 31d, 41b, 41c, 41d)를 적어도 일부에 구비하는 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)이다.

제2 발명은, 제1 발명에 기재된 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)에 있어서, 상기 볼록부(11a, 21a, 31a, 41a)의 측면 형상은, 상기 볼록부(11a, 21a, 31a, 41a)의 선단부로부터 근원부(11f, 21f, 31f, 41f)를 향하여 상기 볼록부(11a, 21a, 31a, 41a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 제1 경사부(11b, 21b, 31b, 41b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)이다.

제3 발명은, 제2 발명에 기재된 회절 광학 소자에 있어서, 상기 제1 경사부(11b, 21b, 31b, 41b)로부터 상기 근원부(11f, 21f, 31f, 41f)를 향하여 상기 회절층(15, 25, 35, 45)에 수직인 방향으로 연장되는 수직부를 구비하는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자이다.

제4 발명은, 제2 발명에 기재된 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)에 있어서, 상기 제1 경사부(11b, 21b, 31b, 41b)로부터 상기 근원부(11f, 21f, 31f, 41f)를 향하여 상기 볼록부(11a, 21a, 31a, 41a)의 폭이 좁아지는 방향으로 경사진 제2 경사부(11c, 21c, 31c, 41c)와, 상기 제2 경사부(11c, 21c, 31c, 41c)로부터 더 상기 근원부(11f, 21f, 31f, 41f)를 향하여 상기 볼록부(11a, 21a, 31a, 41a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 제3 경사부(11d, 21d, 31d, 41d)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)이다.

제5 발명은, 제4 발명에 기재된 회절 광학 소자에 있어서, 상기 제2 경사부(11c, 21c, 31c, 41c)와 상기 제3 경사부(11d, 21d, 31d, 41d)가 이어지는 잘록부 부분의 폭은, 하나의 단차부의 폭으로서 보았을 때, 당해 단차부의 정상부(11e, 21e, 31e, 41e)의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자이다.

제6 발명은, 제1 발명 내지 제5 발명 중 어느 한 항에 기재된 회절 광학 소자(10, 30, 40)에 있어서, 상기 다단계 형상의 능선(11j, 11k, 31j, 31k, 41k) 중 적어도 하나는, 각을 갖지 않고 경사져 있는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자(10, 30, 40)이다.

제7 발명은, 제1 발명 내지 제6 발명 중 어느 한 항에 기재된 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)에 있어서, 상기 다단계 형상의 인접하는 단차부의 경계 중 적어도 하나에, 각 단부의 폭보다 좁은 폭으로 예각으로 돌출, 또는 예각으로 패여 형성된 예각부(11g, 11h, 21h, 21i, 31i, 41i)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)이다.

제8 발명은, 제1 발명 내지 제7 발명 중 어느 한 항에 기재된 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)에 있어서, 상기 고굴절률부(11, 21, 31, 41)는, 전리 방사선 경화성 수지 조성물을 경화한 것임을 특징으로 하는 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)이다.

제9 발명은, 제1 발명 내지 제8 발명 중 어느 한 항에 기재된 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)에 있어서, 상기 저굴절률부(14)는 공기인 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)이다.

제10 발명은, 제1 발명 내지 제9 발명 중 어느 한 항에 기재된 회절 광학 소자(10)에 있어서, 투명 기재(61)와, 상기 회절층(15, 25, 35, 45)과, 상기 회절층(15, 25, 35, 45)을 피복하는 피복층(62, 63)이, 이 순서로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자(10)이다.

제11 발명은, 제1 발명 내지 제10 발명 중 어느 한 항에 기재된 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)에 있어서, 상기 회절층(15, 25, 35, 45)은, 파장 780nm 이상의 적외선을 회절하는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)이다.

제12 발명은, 제11 발명에 기재된 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)에 있어서, 상기 볼록부(11a, 21a, 31a, 41a)의 높이는 650nm 이상인 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)이다.

제13 발명은, 광원(L)과, 상기 광원(L)이 발광하는 광이 통과하는 위치에 적어도 하나 배치된, 제1 발명 내지 제12 발명 중 어느 한 항에 기재된 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)를 구비하는 광조사 장치이다.

제14 발명은, 제13 발명에 기재된 광조사 장치에 있어서, 상기 광원(L)은 파장 780nm 이상의 적외선을 발광할 수 있는 것을 특징으로 하는 광조사 장치이다.

본 발명에 따르면, 광의 이용 효율이 높고, 또한 광의 입사각이 어긋난 경우라도, 회절광에 대한 영향이 적고 안정되게 원하는 회절광을 얻을 수 있으며, 또한 회절광의 불균일이 적은 회절 광학 소자, 광조사 장치를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 회절 광학 소자의 제1 실시 형태를 도시하는 평면도이다.
도 2는, 도 1의 회절 광학 소자의 예에 있어서의 부분 주기 구조의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 3은, 도 2 중의 화살표 G-G'의 위치에서 회절 광학 소자를 절단한 단면도이다.
도 4는, 볼록부(11a)를 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는, 제2 실시 형태의 회절 광학 소자(20)를 도 3과 마찬가지의 단면으로 도시한 도면이다.
도 6은, 볼록부(21a)를 확대하여 도시한 도면이다.
도 7은, 제3 실시 형태의 회절 광학 소자(30)를 도 3과 마찬가지의 단면으로 도시한 도면이다.
도 8은, 볼록부(31a)를 확대하여 도시한 도면이다.
도 9는, 제4 실시 형태의 회절 광학 소자(40)를 도 3과 마찬가지의 단면으로 도시한 도면이다.
도 10은, 볼록부(41a)를 확대하여 도시한 도면이다.
도 11은, 비교예의 회절 광학 소자를 도 3 등과 마찬가지로 도시한 단면도이다.
도 12는, 평가 상황을 도시하는 도면이다.
도 13은, 본 발명의 회절 광학 소자가 비교예의 회절 광학 소자보다 반사광이 적어지는 이유를 설명하는 도면이다.
도 14는, 입사 각도의 변화와 회절광의 관계를 단순화하여 모식적으로 도시한 도면이다.
도 15는, 회절 광학 소자를 설명하는 도면이다.
도 16a는, 회절 광학 소자의 변형 형태로서, 투명 기재를 마련하고 있는 예를 도시하는 도면이다.
도 16b는, 회절 광학 소자의 변형 형태로서, 투명 기재 및 피복층을 마련하고 있는 예를 도시하는 도면이다.
도 16c는, 회절 광학 소자의 변형 형태로서, 투명 기재 및 피복층을 마련하고 있는 예를 도시하는 도면이다.
도 17은, 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)를 도 3과 마찬가지의 단면으로 도시한 도면이다.
도 18은, 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)를 실제로 제작한 것을 확대한 사진이다.
도 19는, 볼록부(71a)를 확대하여 도시한 도면이다.
도 20은, 시뮬레이션용으로 작성한 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)를 모방한 계산용 모델의 형상을 도시하는 도면이다.
도 21은, 비교예의 회절 광학 소자(50)와 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
도 22는, 잘록부 부분(71b)이 형성되어 있지 않은 회절 광학 소자(70B)의 모델을 도시하는 도면이다.
도 23은, 회절 효율에 대하여, 잘록부 부분(71b)이 형성되어 있지 않은 회절 광학 소자(70B)의 시뮬레이션 결과를, 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)의 시뮬레이션 결과와 함께 도시한 도면이다.
도 24는, 패임부(71c)가 형성되어 있지 않은 회절 광학 소자(70C)의 모델을 도시하는 도면이다.
도 25는, 30°경사 입사에 있어서의 회절 효율에 대하여, 패임부(71c)가 형성되어 있지 않은 회절 광학 소자(70C)의 시뮬레이션 결과를, 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)의 시뮬레이션 결과와 함께 도시한 도면이다.
도 26은, 제6 실시 형태의 회절 광학 소자(80)를 도 3과 마찬가지의 단면으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 도면 등을 참조하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

도 1은, 본 발명에 따른 회절 광학 소자의 제1 실시 형태를 도시하는 평면도이다.

도 2는, 도 1의 회절 광학 소자의 예에 있어서의 부분 주기 구조의 일례를 도시하는 사시도이다.

도 3은, 도 2 중의 화살표 G-G'의 위치에서 회절 광학 소자를 절단한 단면도이다.

또한, 도 1을 포함하여, 이하에 나타내는 각 도면은 모식적으로 도시한 도면이며, 각 부의 크기, 형상은 이해를 용이하게 하기 위해 적절하게 과장하여 도시하고 있다.

또한, 이하의 설명에서는, 구체적인 수치, 형상, 재료 등을 나타내어 설명을 행하지만, 이들은 적절하게 변경할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 사용하는, 형상이나 기하학적 조건, 및 그들의 정도를 특정하는 용어, 예를 들어 「평행」, 「직교」, 「동일」 등의 용어나 길이나 각도의 값 등에 대해서는, 엄밀한 의미에 구애되는 일 없이, 마찬가지의 기능을 기대할 수 있을 정도의 범위를 포함하여 해석하기로 한다. 또한, 이 명세서에 있어서의 「평면으로 보아」란, 회절 광학 소자의 판면에 대하여 수직 방향이며, 미세 형상이 형성되어 있는 측으로부터 시인함을 의미한다. 즉, 회절 광학 소자의 회절층을 갖는 면에 대하여 수직 방향으로부터 시인하는 것에 상당한다(도 2 중의 Z축의 플러스측에서 시인한 상태이며, 도 1과 같은 평면도가 시인되게 됨).

또한, 본 발명에 있어서 「광을 정형하는」이란, 광의 진행 방향을 제어함으로써, 대상물 또는 대상 영역에 투영된 광의 형상(조사 영역)이 임의의 형상이 되도록 하는 것을 말한다. 예를 들어, 도 15의 예에 도시되는 바와 같이, 평면 형상의 스크린(200)에 직접 투영한 경우에 조사 영역(202)이 원형으로 되는 광(201)(도 15의 (b))을 준비한다. 이 광(201)을, 본 발명의 회절 광학 소자(10)에 투과시킴으로써, 조사 영역(204)을 정사각형(도 15의 (a))이나, 직사각형, 원형(도시하지 않음) 등, 목적의 형상으로 하는 것을 「광을 정형한다」 고 한다.

또한, 본 발명에 있어서 투명이란, 적어도 이용하는 파장의 광을 투과하는 것을 말한다. 예를 들어, 가령 가시광을 투과하지 않는 것이라도, 적외선을 투과하는 것이라면, 적외선 용도로 사용하는 경우에 있어서는 투명으로서 취급하기로 한다.

제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10)는, 광을 정형하는 회절 광학 소자(DOE)이다. 회절 광학 소자(10)는, 파장이 980nm인 적외 레이저에 대하여 십자 형상, 구체적으로는 ±50도로, 폭이 ±3.3도로 확산되는 광대가 2개 공차된 형상으로 광을 확산시키도록 설계되어 있다.

제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10)는, 도 1에 도시한 A, B, C, D의 각각의 위치에 있어서 깊이가 상이하다. 즉, 회절 광학 소자(10)는, 4단계의 높이가 상이한 다단계 형상에 의해 구성되어 있다. 그리고, 회절 광학 소자(10)는, 통상, 상이한 주기 구조를 갖는 복수의 영역(부분 주기 구조: 예를 들어, 도 1의 E, F 영역)을 갖고 있다. 도 2에서는, 부분 주기 구조의 일례를 추출하여 도시하고 있다.

회절 광학 소자(10)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 단면 형상에 있어서 복수의 볼록부(11a)가 나란히 배치되어 있는 고굴절률부(11)를 구비하고 있다. 이 고굴절률부(11)는, 동일한 단면 형상을 유지한 채, 단면의 깊이 방향으로 연장되어 있다.

고굴절률부(11)는, 예를 들어 쿼츠(SiO₂, 합성 석영)를 건식 에칭 처리에 의해 형상을 가공하여 만들어진 것이어도 되고, 전리 방사선 경화성 수지 조성물을 경화한 것이어도 된다. 이러한 주기 구조의 제조 방법은, 여러 가지 방법이 공지이며, 그들 공지의 방법에 의해 적절하게 작성할 수 있다. 그리고, 이하에 설명하는 본원에 특징적인 경사부 등의 형상은, 주로 건식 에칭 처리의 각종 조건을 조정함으로써 실현되는 것이다.

또한, 볼록부(11a)의 사이에 형성되어 있는 오목부(12) 및 볼록부(11a)의 정상부 부근의 공간(13)을 포함하는 도 3의 상방의 부분은, 공기가 존재하고 있고, 고굴절률부(11)보다 굴절률이 낮은 저굴절률부(14)로 되어 있다. 이들 고굴절률부(11) 및 저굴절률부(14)가 교대로 나란히 배치된 주기 구조에 의해, 광을 정형하는 작용을 구비하는 회절층(15)이 구성되어 있다.

도 4는, 볼록부(11a)를 확대하여 도시한 도면이다.

볼록부(11a)는, 측면 형상의 일방측(도 4에서는 좌측)에, 높이가 상이한 4개의 단차부를 구비한 다단계 형상을 갖고 있다. 구체적으로는, 볼록부(11a)는, 가장 돌출된 레벨 1 단차부(11a-1)와, 레벨 1 단차부(11a-1)보다 1단 낮은 레벨 2 단차부(11a-2)와, 레벨 2 단차부(11a-2)보다 1단 더 낮은 레벨 3 단차부(11a-3)와, 레벨 3 단차부(11a-3)보다 1단 더 낮은 레벨 4 단차부(11a-4)를 일측면측에 갖고 있다.

또한, 볼록부(11a)의 단차부와는 반대측(도 4에서는 우측)의 측면 형상은, 회절층(15)을 포함하는 평면(P)에 대하여 기운 경사부를 복수 구비하고 있다. 구체적으로는, 볼록부(11a)에는 제1 경사부(11b)와, 제2 경사부(11c)와, 제3 경사부(11d)가 마련되어 있다.

제1 경사부(11b)는, 레벨 1 단차부(11a-1)의 선단부(11e)로부터 근원부(11f)를 향하여 볼록부(11a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 곡면에 의해 구성된 경사면이다. 이 제1 경사부(11b)의 경사면을 포함하여, 경사면이란, 곡면에 의해 구성되어 있는 것을 주로 나타내며, 이것을 설명한다. 그러나, 이들 경사면은, 평면에 의해 구성되어 있는 부분을 포함하고 있어도 된다.

제2 경사부(11c)는, 제1 경사부(11b)로부터 근원부(11f)를 향하여 볼록부(11a)의 폭이 좁아지는 방향으로 경사진 곡면에 의해 구성된 경사면이다.

제3 경사부(11d)는, 제2 경사부(11c)로부터 더 근원부(11f)를 향하여 볼록부(11a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 곡면에 의해 구성된 경사면이다.

또한, 볼록부(11a)는 예각부(11g, 11h, 11i)를 구비하고 있다.

예각부(11g)는, 인접하는 레벨 2 단차부(11a-2)와 레벨 3 단차부(11a-3)의 경계에 있어서, 레벨 2 단차부(11a-2) 및 레벨 3 단차부(11a-3)의 폭보다 좁은 폭으로 예각으로 저굴절률부(14)측을 향하여 돌출되어 있다.

예각부(11h)는, 인접하는 레벨 3 단차부(11a-3)와 레벨 4 단차부(11a-4)의 경계에 있어서, 레벨 3 단차부(11a-3) 및 레벨 4 단차부(11a-4)의 폭보다 좁은 폭으로 예각으로 저굴절률부(14)측을 향하여 돌출되어 있다.

예각부(11i)는, 인접하는 레벨 3 단차부(11a-3)와 레벨 4 단차부(11a-4)의 경계에 있어서, 레벨 3 단차부(11a-3) 및 레벨 4 단차부(11a-4)의 폭보다 좁은 폭으로 예각으로 저굴절률부(14)측으로부터 고굴절률부(11)측을 향하여 패여 형성되어 있다.

또한, 레벨 1 단차부(11a-1)와 레벨 2 단차부(11a-2)의 사이의 벽부(11m)와, 레벨 2 단차부(11a-2)와 레벨 3 단차부(11a-3)의 사이의 벽부(11n)와, 레벨 3 단차부(11a-3)와 레벨 4 단차부(11a-4)의 사이의 벽부(11o)는, 모두 저굴절률부(14)측으로부터 고굴절률부(11)측을 향하여 볼록부(11a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 경사면으로서 구성되어 있다.

또한, 볼록부(11a)의 다단계 형상의 능선 중, 능선(11j) 및 능선(11k)은 둥글게 되어 있다는 점에서, 각을 갖지 않고 경사져 있다.

능선(11j)은, 레벨 3 단차부(11a-3)와 예각부(11i)의 사이의 능선이며, 능선의 각이 둥글게, 각을 갖지 않고 경사진 형태로 되어 있다. 이 능선(11j)에 대해서는, 근처에 예각부(11h)가 형성되어 있기 때문에, 레벨 3 단차부(11a-3)와 예각부(11h)의 사이의 능선이라고도 파악할 수 있지만, 예각부(11h)는 추가적으로 마련되어 있는 것이므로, 이 예각부(11h)를 고려하지 않고, 레벨 3 단차부(11a-3)와 예각부(11i)의 사이의 능선을 둥글게 한 형상으로서 파악해야 할 것이다.

능선(11k)은, 레벨 4 단차부(11a-4)와 예각부(11i)의 사이의 능선이며, 능선의 각이 둥글게, 각을 갖지 않고 경사진 형태로 되어 있다. 또한, 이 능선(11k)에 대해서는, 예각부(11i)가 형성되어 있지 않으면, 애당초 각이 존재하지 않고, 코너로 되는 부분이다.

예를 들어, 980nm의 레이저광에 대하여, 재질을 석영으로 하고, 긴 변±50°×짧은 변±3.3°로 넓어지는 직사각형의 확산 형상을 4-level로 설계하는 경우에는, 회절 격자의 최적 깊이는 1633nm, 피치는 1280nm, 돌기부의 폭은 960nm가 된다.

이들 설계는, 예를 들어 엄밀 결합파 해석(RCWA) 알고리즘을 사용한 GratingMOD(Rsoft사제)나, 반복 푸리에 변환 알고리즘(IFTA)을 사용한 Virtuallab(LightTrans사제) 등의 각종 시뮬레이션 툴을 사용하여 행할 수 있다.

또한, 볼록부(11a)의 높이는 650nm 이상인 것이 바람직하다. 이것은, 파장 780nm, 굴절률 1.6으로 계산한 경우, 2-level에서는 650nm, 4-level에서는 975nm, 8-level에서는 1137nm의 볼록부(11a)의 높이가 필요하게 되기 때문이다.

상술한 바와 같이, 선단부(11e)로부터, 제1 경사부(11b)와, 제2 경사부(11c)와, 제3 경사부(11d)가 이어져 마련되어 있음으로써, 볼록부(11a)는, 그 폭이, 선단부(11e)로부터 근원부(11f)를 향하여 넓어져 가고, 다음에 좁아져 가서, 제2 경사부(11c)와 제3 경사부(11d)의 경계 부분에서, 하나의 단차부, 즉 레벨 1 단차부(11a-1)의 폭으로서 보았을 때, 폭이 가장 좁아져, 잘록부 부분이 형성되고, 제3 경사부(11d)에서 폭이 넓어져 근원부(11f)에 달한다. 따라서, 볼록부(11a)의 단차부와는 반대측(도 4에서는 우측)의 측면 형상은, 그 단면 형상을 상세하게 보면, 방향이 상이한 복수의 경사면을 조합하여 구성되어 있다.

또한, 볼록부(11a)의 단차부측에는, 예각부(11g, 11h, 11i)와, 각이 둥글게 되어 각을 갖지 않는 경사된 면으로 구성된 능선(11j) 및 능선(11k)이 마련되어 있다.

이와 같이, 제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10)는, 전체로서 보면, 종래의 회절 광학 소자의 형상과 마찬가지의 다단계 형상을 구비하고 있지만, 그 단면 형상을 상세하게 보면, 여러 가지 경사면이나 곡면을 조합하여 구성되어 있다.

제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10)의 작용 및 효과에 대해서는, 다른 실시 형태 및 비교예와 비교한 평가 결과를 참조하면서 후술한다.

(제2 실시 형태)

도 5는, 제2 실시 형태의 회절 광학 소자(20)를 도 3과 마찬가지의 단면으로 도시한 도면이다.

제2 실시 형태의 회절 광학 소자(20)는, 볼록부(21a)의 형상이 제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10)와 상이한 것 외에는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 형태를 하고 있다. 따라서, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 기능을 하는 부분에는, 동일한 부호를 부여하여, 중복되는 설명을 적절하게 생략한다.

회절 광학 소자(20)는, 볼록부(21a)를 갖는 고굴절률부(21)와, 오목부(12) 및 공간(13)을 포함하는 저굴절률부(14)를 구비하고, 고굴절률부(21) 및 저굴절률부(14)가 교대로 나란히 배치된 주기 구조에 의해, 광을 정형하는 작용을 구비하는 회절층(25)이 구성되어 있다.

볼록부(21a)는, 형상이 상이한 것 외에는, 제1 실시 형태의 볼록부(11a)와 마찬가지이다. 이하, 볼록부(21a)의 형상에 대하여 설명한다.

도 6은, 볼록부(21a)를 확대하여 도시한 도면이다.

볼록부(21a)는, 측면 형상의 일방측(도 6에서는 좌측)에, 높이가 상이한 4개의 단차부를 구비한 다단계 형상을 갖고 있다. 구체적으로는, 볼록부(21a)는, 가장 돌출된 레벨 1 단차부(21a-1)와, 레벨 1 단차부(21a-1)보다 1단 낮은 레벨 2 단차부(21a-2)와, 레벨 2 단차부(21a-2)보다 1단 더 낮은 레벨 3 단차부(21a-3)와, 레벨 3 단차부(21a-3)보다 1단 더 낮은 레벨 4 단차부(21a-4)를 일측면측에 갖고 있다.

또한, 볼록부(21a)의 단차부와는 반대측(도 6에서는 우측)의 측면 형상은, 회절층(25)을 포함하는 평면(P)에 대하여 기운 경사부를 복수 구비하고 있다. 구체적으로는, 볼록부(21a)에는 제1 경사부(21b)와, 제2 경사부(21c)와, 제3 경사부(21d)가 마련되어 있다.

제1 경사부(21b)는, 레벨 1 단차부(21a-1)의 선단부(21e)로부터 근원부(21f)를 향하여 볼록부(21a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 곡면에 의해 구성된 경사면이다. 이 제1 경사부(21b)의 경사면을 포함하여, 경사면이란, 곡면에 의해 구성되어 있는 것을 주로 나타내며, 이것을 설명한다. 그러나, 이들 경사면은, 평면에 의해 구성되어 있는 부분을 포함하고 있어도 된다.

제2 경사부(21c)는, 제1 경사부(21b)로부터 근원부(21f)를 향하여 볼록부(21a)의 폭이 좁아지는 방향으로 경사진 곡면에 의해 구성된 경사면이다.

제3 경사부(21d)는, 제2 경사부(21c)로부터 더 근원부(21f)를 향하여 볼록부(21a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 곡면에 의해 구성된 경사면이다.

또한, 볼록부(21a)는 예각부(21g, 21h, 21i)를 구비하고 있다.

예각부(21g)는, 인접하는 레벨 1 단차부(21a-1)와 레벨 2 단차부(21a-2)의 경계의 코너부에 있어서, 레벨 1 단차부(21a-1) 및 레벨 2 단차부(21a-2)의 폭보다 좁은 폭으로 예각으로 저굴절률부(14)측을 향하여 돌출되어 있다.

예각부(21h)는, 인접하는 레벨 1 단차부(21a-1)와 레벨 2 단차부(21a-2)의 경계의 코너부에 있어서, 레벨 1 단차부(21a-1) 및 레벨 2 단차부(21a-2)의 폭보다 좁은 폭으로 예각으로 저굴절률부(14)측으로부터 고굴절률부(11)측을 향하여 패여 형성되어 있다.

예각부(21i)는, 인접하는 레벨 2 단차부(21a-2)와 레벨 3 단차부(21a-3)의 경계에 있어서, 레벨 2 단차부(21a-2) 및 레벨 3 단차부(21a-3)의 폭보다 좁은 폭으로 예각으로 저굴절률부(14)측으로부터 고굴절률부(11)측을 향하여 패여 형성되어 있다.

또한, 레벨 1 단차부(21a-1)와 레벨 2 단차부(21a-2)의 사이의 벽부(21m)와, 레벨 2 단차부(21a-2)와 레벨 3 단차부(21a-3)의 사이의 벽부(21n)와, 레벨 3 단차부(21a-3)와 레벨 4 단차부(21a-4)의 사이의 벽부(21o)는, 모두 저굴절률부(14)측으로부터 고굴절률부(21)측을 향하여 볼록부(21a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 경사면으로서 구성되어 있다.

또한, 레벨 1 단차부(21a-1)의 선단부(21e) 및 레벨 2 단차부(21a-2)의 선단부(21j)는, 고굴절률부(21)측으로 오목한 곡면상의 경사면으로 형성되어 있다.

또한, 제2 실시 형태의 회절 광학 소자(20)의 형상은, 제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10)의 역판 형상으로 되어 있다. 따라서, 제2 실시 형태의 회절 광학 소자(20)의 제작은, 제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10)를 제작한 후, 이 회절 광학 소자(10)로부터 형뜨기를 행하여 역판(1)을 제작한다. 그리고, 이 역판(1)을 더 형뜨기하여 역판(2)을 제작하고, 이 역판(2)을 사용하여, 전리 방사선 경화형 수지에 의한 부형을 행하여, 회절 광학 소자(20)가 얻어진다.

제2 실시 형태의 회절 광학 소자(20)의 작용 및 효과에 대해서도, 다른 실시 형태 및 비교예와 비교한 평가 결과를 참조하면서 후술한다.

(제3 실시 형태)

도 7은, 제3 실시 형태의 회절 광학 소자(30)를 도 3과 마찬가지의 단면으로 도시한 도면이다.

제3 실시 형태의 회절 광학 소자(30)는, 볼록부(31a)의 형상이 제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10)와 상이한 것 외에는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 형태를 하고 있다. 따라서, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 기능을 하는 부분에는, 동일한 부호를 부여하여, 중복되는 설명을 적절하게 생략한다.

회절 광학 소자(30)는, 볼록부(31a)를 갖는 고굴절률부(31)와, 오목부(12) 및 공간(13)을 포함하는 저굴절률부(14)를 구비하고, 고굴절률부(31) 및 저굴절률부(14)가 교대로 나란히 배치된 주기 구조에 의해, 광을 정형하는 작용을 구비하는 회절층(35)이 구성되어 있다.

볼록부(31a)는, 형상이 상이한 것 외에는, 제1 실시 형태의 볼록부(11a)와 마찬가지이다. 이하, 볼록부(31a)의 형상에 대하여 설명한다.

도 8은, 볼록부(31a)를 확대하여 도시한 도면이다.

볼록부(31a)는, 측면 형상의 일방측(도 8에서는 좌측)에, 높이가 상이한 4개의 단차부를 구비한 다단계 형상을 갖고 있다. 구체적으로는, 볼록부(31a)는, 가장 돌출된 레벨 1 단차부(31a-1)와, 레벨 1 단차부(31a-1)보다 1단 낮은 레벨 2 단차부(31a-2)와, 레벨 2 단차부(31a-2)보다 1단 더 낮은 레벨 3 단차부(31a-3)와, 레벨 3 단차부(31a-3)보다 1단 더 낮은 레벨 4 단차부(31a-4)를 일측면측에 갖고 있다.

또한, 볼록부(31a)의 단차부와는 반대측(도 8에서는 우측)의 측면 형상은, 회절층(35)을 포함하는 평면(P)에 대하여 기운 경사부를 복수 구비하고 있다. 구체적으로는, 볼록부(31a)에는 제1 경사부(31b)와, 제2 경사부(31c)와, 제3 경사부(31d)가 마련되어 있다.

제1 경사부(31b)는, 레벨 1 단차부(31a-1)의 선단부(31e)로부터 근원부(31f)를 향하여 볼록부(31a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 곡면에 의해 구성된 경사면이다. 이 제1 경사부(31b)의 경사면을 포함하여, 경사면이란, 곡면에 의해 구성되어 있는 것을 주로 나타내며, 이것을 설명한다. 그러나, 이들 경사면은, 평면에 의해 구성되어 있는 부분을 포함하고 있어도 된다.

제2 경사부(31c)는, 제1 경사부(31b)로부터 근원부(31f)를 향하여 볼록부(31a)의 폭이 좁아지는 방향으로 경사진 곡면에 의해 구성된 경사면이다.

제3 경사부(31d)는, 제2 경사부(31c)로부터 더 근원부(31f)를 향하여 볼록부(31a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 곡면에 의해 구성된 경사면이다.

또한, 볼록부(31a)는 예각부(31i)를 구비하고 있다.

예각부(31i)는, 인접하는 레벨 3 단차부(31a-3)와 레벨 4 단차부(31a-4)의 경계에 있어서, 레벨 3 단차부(31a-3) 및 레벨 4 단차부(31a-4)의 폭보다 좁은 폭으로 예각으로 저굴절률부(14)측으로부터 고굴절률부(31)측을 향하여 패여 형성되어 있다.

또한, 레벨 1 단차부(31a-1)와 레벨 2 단차부(31a-2)의 사이의 벽부(31m)와, 레벨 2 단차부(31a-2)와 레벨 3 단차부(31a-3)의 사이의 벽부(31n)와, 레벨 3 단차부(31a-3)와 레벨 4 단차부(31a-4)의 사이의 벽부(31o)는, 모두 저굴절률부(14)측으로부터 고굴절률부(31)측을 향하여 볼록부(31a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 경사면으로서 구성되어 있다.

또한, 볼록부(31a)의 다단계 형상의 능선 중, 능선(31j) 및 능선(31k)은 둥글게 되어 있다는 점에서, 각을 갖지 않고 경사져 있다.

능선(31j)은, 레벨 3 단차부(31a-3)와 예각부(31i)의 사이의 능선이며, 능선의 각이 둥글게, 각을 갖지 않고 경사진 형태로 되어 있다.

능선(31k)은, 레벨 4 단차부(31a-4)와 예각부(31i)의 사이의 능선이며, 능선의 각이 둥글게, 각을 갖지 않고 경사진 형태로 되어 있다. 또한, 이 능선(31k)에 대해서는, 예각부(31i)가 형성되어 있지 않으면, 애당초 각이 존재하지 않고, 코너로 되는 부분이다.

제3 실시 형태의 회절 광학 소자(30)의 작용 및 효과에 대해서도, 다른 실시 형태 및 비교예와 비교한 평가 결과를 참조하면서 후술한다.

(제4 실시 형태)

도 9는, 제4 실시 형태의 회절 광학 소자(40)를 도 3과 마찬가지의 단면으로 도시한 도면이다.

제4 실시 형태의 회절 광학 소자(40)는, 볼록부(41a)의 형상이 제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10)와 상이한 것 외에는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 형태를 하고 있다. 따라서, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 기능을 하는 부분에는, 동일한 부호를 부여하여, 중복되는 설명을 적절하게 생략한다.

회절 광학 소자(40)는, 볼록부(41a)를 갖는 고굴절률부(41)와, 오목부(12) 및 공간(13)을 포함하는 저굴절률부(14)를 구비하고, 고굴절률부(41) 및 저굴절률부(14)가 교대로 나란히 배치된 주기 구조에 의해, 광을 정형하는 작용을 구비하는 회절층(45)이 구성되어 있다.

볼록부(41a)는, 형상이 상이한 것 외에는, 제1 실시 형태의 볼록부(11a)와 마찬가지이다. 이하, 볼록부(41a)의 형상에 대하여 설명한다.

도 10은, 볼록부(41a)를 확대하여 도시한 도면이다.

볼록부(41a)는, 측면 형상의 일방측(도 10에서는 좌측)에, 높이가 상이한 4개의 단차부를 구비한 다단계 형상을 갖고 있다. 구체적으로는, 볼록부(41a)는, 가장 돌출된 레벨 1 단차부(41a-1)와, 레벨 1 단차부(41a-1)보다 1단 낮은 레벨 2 단차부(41a-2)와, 레벨 2 단차부(41a-2)보다 1단 더 낮은 레벨 3 단차부(41a-3)와, 레벨 3 단차부(41a-3)보다 1단 더 낮은 레벨 4 단차부(41a-4)를 일측면측에 갖고 있다.

또한, 볼록부(41a)의 단차부와는 반대측(도 10에서는 우측)의 측면 형상은, 회절층(45)을 포함하는 평면(P)에 대하여 기운 경사부를 복수 구비하고 있다. 구체적으로는, 볼록부(41a)에는 제1 경사부(41b)와, 제2 경사부(41c)와, 제3 경사부(41d)가 마련되어 있다.

제1 경사부(41b)는, 레벨 1 단차부(41a-1)의 선단부(41e)로부터 근원부(41f)를 향하여 볼록부(41a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 곡면에 의해 구성된 경사면이다. 이 제1 경사부(41b)의 경사면을 포함하여, 경사면이란, 곡면에 의해 구성되어 있는 것을 주로 나타내며, 이것을 설명한다. 그러나, 이들 경사면은, 평면에 의해 구성되어 있는 부분을 포함하고 있어도 된다.

제2 경사부(41c)는, 제1 경사부(41b)로부터 근원부(41f)를 향하여 볼록부(41a)의 폭이 좁아지는 방향으로 경사진 곡면에 의해 구성된 경사면이다.

제3 경사부(41d)는, 제2 경사부(41c)로부터 더 근원부(41f)를 향하여 볼록부(41a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 곡면에 의해 구성된 경사면이다.

또한, 볼록부(41a)는 예각부(41i)를 구비하고 있다.

예각부(41i)는, 인접하는 레벨 3 단차부(41a-3)와 레벨 4 단차부(41a-4)의 경계에 있어서, 레벨 3 단차부(41a-3) 및 레벨 4 단차부(41a-4)의 폭보다 좁은 폭으로 예각으로 저굴절률부(14)측으로부터 고굴절률부(41)측을 향하여 패여 형성되어 있다.

또한, 레벨 1 단차부(41a-1)와 레벨 2 단차부(41a-2)의 사이의 벽부(41m)와, 레벨 2 단차부(41a-2)와 레벨 3 단차부(41a-3)의 사이의 벽부(41n)와, 레벨 3 단차부(41a-3)와 레벨 4 단차부(41a-4)의 사이의 벽부(41o)는, 모두 저굴절률부(14)측으로부터 고굴절률부(41)측을 향하여 볼록부(41a)의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 경사면으로서 구성되어 있다.

또한, 능선(41k)은, 레벨 4 단차부(41a-4)와 예각부(41i)의 사이의 능선이며, 능선의 각이 둥글게, 각을 갖지 않고 경사진 형태로 되어 있다. 또한, 이 능선(31k)에 대해서는, 예각부(31i)가 형성되어 있지 않으면, 애당초 각이 존재하지 않고, 코너로 되는 부분이다.

제4 실시 형태의 회절 광학 소자(40)의 작용 및 효과에 대해서도, 다른 실시 형태 및 비교예와 비교한 평가 결과를 참조하면서 후술한다.

(각 실시 형태의 작용 및 효과)

이어서, 상기 각 실시 형태의 작용 및 효과에 대하여, 비교예와 비교하면서 설명한다.

각 실시 형태의 회절 광학 소자의 작용 및 경화를 확인하기 위해, 본 발명의 구성을 적용하지 않은 비교예를 준비하였다.

도 11은, 비교예의 회절 광학 소자를 도 3 등과 마찬가지로 도시한 단면도이다.

비교예의 회절 광학 소자(50)는, 각 실시 형태의 회절 광학 소자가 구비하고 있는 경사부를 구비하지 않고, 대략 완전한 직사각형 형상을 조합한 다단 형상으로서 구성되어 있다. 또한, 비교예의 회절 광학 소자(50)는, 각 실시 형태의 회절 광학 소자와 동일하게, 파장이 980nm인 적외 레이저에 대하여 구체적으로는 ±50도로, 폭이 ±3.3도로 확산되는 광대가 2개 공차된 십자 형상으로 광을 확산시키도록 설계되어 있다.

도 12는, 평가 상황을 도시하는 도면이다.

제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10)로부터 제4 실시 형태의 회절 광학 소자(40)와, 비교예의 회절 광학 소자(50)의, 합계 4종류의 회절 광학 소자에 대하여, 도 12에 도시하는 바와 같은 상황에서 회절광의 형상과 반사광의 확인을 행하였다.

스크린(S)으로서는, 시판 중인 카피 용지를 사용하였다.

적외선 카메라(CAM1, CAM2)는, 980nm의 파장을 검출할 수 있는 Radiant Zemax사의 Prometric을 사용하였다. 적외선 카메라(CAM1, CAM2)에는, 노이즈를 방지하기 위해 가시광 컷 필터를 설치하여 측정하였다.

광원(L)은, 파장 980nm의 적외 레이저를 DOE(회절 광학 소자(10) 내지 회절 광학 소자(40) 및 비교예의 회절 광학 소자(50))에 대하여 1도 기울여 조사하도록 설정하였다. 또한, 이 광원(L)과, 광원(L)이 발광하는 광이 통과하는 위치에 상기 회절 광학 소자(10 내지 40) 중 어느 것이 배치됨으로써, 광조사 장치가 구성되어 있다.

이 조건에서, 회절 광학 소자(DOE)의 표면에서 반사되는 광, 및 스크린(S)에 투영되는 광을, 각각 적외선 카메라(CAM1, CAM2)로 관찰하고, 비교를 행하였다.

또한, 적외 레이저의 입사 각도를 1±1도로 변동시켰을 때의 스크린 투영 형상의 변동에 대해서도 확인하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1의 결과를 보면, 1도 입사에 의한 투영 형상에 대해서는, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태와 같이 경사부를 마련한 것에서는, 비교예와 동등하거나, 그 이상의 양호한 결과가 얻어지고 있음을 알 수 있다. 특히, 제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10) 및 제2 실시 형태의 회절 광학 소자(20)에 대하여, 양호한 결과가 얻어지고 있다. 이것은, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 예각부가 많이 형성되어 있고, 이 예각부가 있음으로써, 급격한 형상의 변화점이 형성되어 있고, 이에 의해 고차 회절광이 발생하여, 다단계 형상의 치수 편차에 기인하여 발생해 버리는 배광 불균일이 완화되어 있기 때문이다.

이어서, 표 1에 1도 입사에 의한 DOE 반사광의 약함에 대해서는, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태 쪽이 비교예보다 양호한 결과, 즉 반사광이 약하다고 하는 결과가 얻어지고 있다. 이 결과에 대하여 설명한다.

도 13은, 본 발명의 회절 광학 소자가 비교예의 회절 광학 소자보다 반사광이 적어지는 이유를 설명하는 도면이다.

도 13에서는, 단면 형상의 위치에 맞추어, 겉보기 굴절률의 변화를 그래프로서 병기하고 있다. 도 13의 (a)는, 비교예의 회절 광학 소자(50)의 경우이고, 도 13의 (b)는, 제3 실시 형태의 회절 광학 소자(30)의 경우를 도시하고 있다.

비교예의 회절 광학 소자(50)에서는, 형상의 변화가 급격해지므로, 외관 상의 굴절률도 급격하게 변화하고 있는 것에 비해, 제3 실시 형태의 회절 광학 소자(30)에서는, 경사부가 마련되어 있다는 점에서, 형상의 변화가 급격하지 않고, 따라서, 외관 상의 굴절률의 변화도 완만한 변화로 되어 있다. 굴절률이 변화하고 있는 계면에서 반사가 발생하므로, 제3 실시 형태의 회절 광학 소자(30)에서는, 외관 상의 굴절률의 변화가 완만하게 되어 있음으로써, 계면의 반사가 억제되어 있는 것이다. 또한, 이 현상은, 제3 실시 형태의 회절 광학 소자(30) 이외의 회절 광학 소자(10, 20, 40)에 있어서도 마찬가지이다. 단, 표 1의 결과를 보아 알 수 있는 바와 같이, 반사광의 억제 효과는, 제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10) 내지 제3 실시 형태의 회절 광학 소자(30) 쪽이, 제4 실시 형태의 회절 광학 소자(40)보다 높다. 이것은, 제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10) 내지 제3 실시 형태의 회절 광학 소자(30) 쪽이, 제4 실시 형태의 회절 광학 소자(40)보다 경사면부가 많이 형성되어 있기 때문이다.

이어서, 표 1의 입사 각도 변동에 의한 투영 형상의 변화의 적음에 대해서도, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태 쪽이 비교예보다 양호한 결과, 즉 반사광이 약하다고 하는 결과가 얻어지고 있다. 이 결과에 대하여 설명한다.

도 14는, 입사 각도의 변화와 회절광의 관계를 단순화하여 모식적으로 도시한 도면이다.

도 14의 (a)는, 비교예의 회절 광학 소자(50)에 설계 위치인 수직 방향으로부터의 광이 입사하였을 때의 광의 회절 상태를 도시하고 있다. 회절 광학 소자(50)에 대하여 수직으로 입사한 광은, 1차 광으로서 좌우로 균등하게 회절된다.

도 14의 (b)는, 비교예의 회절 광학 소자(50)에 설계 위치로부터 어긋난 위치로부터 광이 입사하였을 때의 광의 회절 상태를 도시하고 있다. 회절 광학 소자(50)에 대하여 광이 비스듬하게 입사하면, 이 도 14의 (b)와 같이, 광의 균등성이 무너져 버린다. 회절 광학 소자의 광학 설계는, 통상은, 도 14의 (a)와 같은 단순 형상을 베이스로 하여 이루어져 있기 때문에, 광의 입사 상태가 변화해 버리면, 회절 광학 소자 전체로서의 광의 회절 상태가 변화되어 버린다.

도 14의 (c)는, 제3 실시 형태의 회절 광학 소자(30)에 설계 위치인 수직 방향으로부터의 광이 입사하였을 때의 광의 회절 상태를 도시하고 있다. 단면 형상의 일부에 경사부를 마련한 회절 광학 소자(30)에서도, 수직으로 입사한 광은, 1차 광으로서 좌우로 균등하게 회절된다.

도 14의 (d)는, 제3 실시 형태의 회절 광학 소자(30)에 설계 위치로부터 어긋난 위치로부터 광이 입사하였을 때의 광의 회절 상태를 도시하고 있다. 단면 형상의 일부에 경사부를 마련한 회절 광학 소자(30)에서는, 광의 입사 방향이 다소 변동되어도, 광에 대하여 수직인 면이 반드시 일부 존재하게 되어, 회절광의 분포에 영향을 주기 어렵다. 따라서, 표 1과 같이, 투영 형상의 변화가 적다고 하는 결과가 얻어진다.

또한, 입사 각도 변동에 의한 투영 형상의 변화의 적음에 대하여, 제4 실시 형태의 회절 광학 소자(40)가, 비교예의 회절 광학 소자(50)보다 양호한 결과가 얻어지고 있기는 하지만, 다른 실시 형태보다 나쁜 결과가 얻어지고 있다. 이것은, 제4 실시 형태의 회절 광학 소자(40)가, 다른 실시 형태보다 경사부가 적어, 입사 각도의 영향을 받는 부위가 많기 때문이다.

이상 설명한 바와 같이, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태의 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)에 따르면, 볼록부에 경사부를 구비하므로, 계면에서 반사되어 버리는 광을 적게 할 수 있어, 광의 이용 효율을 높일 수 있다.

또한, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태의 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)에 따르면, 볼록부에 경사부를 구비하므로, 장치의 조립 정밀도나 광원의 성능 편차 등의 영향으로 입사각이 변화하는 일이 있어도 영향을 받기 어렵고, 회절광에 대한 영향이 적고 안정되게 원하는 회절광을 얻을 수 있다.

또한, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태의 회절 광학 소자(10, 20, 30, 40)에 따르면, 예각부를 구비하므로, 고차 회절광이 발생하여, 다단계 형상의 치수 편차에 기인하여 발생해 버리는 배광 불균일을 완화할 수 있다.

(제5 실시 형태)

도 17은, 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)를 도 3과 마찬가지의 단면으로 도시한 도면이다.

제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)는, 볼록부(71a)의 형상이 제1 실시 형태의 회절 광학 소자(10)와 상이한 것 외에는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 형태를 하고 있다. 따라서, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 기능을 하는 부분에는, 동일한 부호를 부여하여, 중복되는 설명을 적절하게 생략한다.

회절 광학 소자(70)는, 볼록부(71a)를 갖는 고굴절률부(71)와, 오목부(12) 및 공간(13)을 포함하는 저굴절률부(15)를 구비하고, 고굴절률부(71) 및 저굴절률부(15)가 교대로 나란히 배치된 주기 구조에 의해, 광을 정형하는 작용을 구비하는 회절층(55)이 구성되어 있다.

볼록부(71a)는, 형상이 상이한 것 외에는, 제1 실시 형태의 볼록부(11a)와 마찬가지이다. 이하, 볼록부(71a)의 형상에 대하여 설명한다.

도 18은, 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)를 실제로 제작한 것을 확대한 사진이다.

도 19는, 볼록부(71a)를 확대하여 도시한 도면이다.

볼록부(71a)는, 측면 형상의 일방측(도 19에서는 좌측)에, 높이가 상이한 4개의 단차부를 구비한 다단계 형상을 갖고 있다. 구체적으로는, 볼록부(71a)는, 가장 돌출된 레벨 1 단차부(71a-1)와, 레벨 1 단차부(71a-1)보다 1단 낮은 레벨 2 단차부(71a-2)와, 레벨 2 단차부(71a-2)보다 1단 더 낮은 레벨 3 단차부(71a-3)와, 레벨 3 단차부(71a-3)보다 1단 더 낮은 레벨 4 단차부(71a-4)를 일측면측에 갖고 있다.

또한, 볼록부(71a)의 단차부와는 반대측(도 19에서는 우측)의 측면 형상은, 볼록부(71a)의 내부 방향(도 19에서는 좌측)을 향하여 오목한 잘록부 부분(71b)이 마련되어 있다.

또한, 레벨 3 단차부(71a-3)와 레벨 4 단차부(71a-4)의 경계의 코너 부분에는, 각 단부의 폭보다 좁은 폭으로 단면 형상이 곡면상으로 패여 형성된 패임부(71c)가 마련되어 있다.

또한, 각 단부의 코너 부분에는, 코너 R부(경사부)(71d, 71e)가 마련되어 있다.

여기서, 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)가, 도 11에 도시한 바와 같은 종래의 전형적인 계단 형상으로 구성된 비교예의 회절 광학 소자(50)와의 비교에 있어서, 광학 특성에 어떠한 차이가 있는지를 설명한다.

도 20은, 시뮬레이션용으로 작성한 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)를 모방한 계산용 모델의 형상을 도시하는 도면이다.

이 형상과, 도 11에 도시한 비교예의 회절 광학 소자(50)의 형상에서, 회절 효율의 해석 시뮬레이션을 행하였다. 또한, 도 20 중에 도시한 회절 광학 소자(70)의 깊이 D가, 비교예의 회절 광학 소자(50)의 레벨 4 단차부까지의 깊이에 상당한다.

여기서, 회절 효율의 해석 시뮬레이션에는, 엄밀 결합파 이론(RCWA(rigorous coupled-wave analysis)에 기초한 연산을 사용하였다. RCWA는, 수학적으로는, 행렬의 고유값 문제와 1차 방정식을 푸는 것에 귀착되므로, 원리적인 곤란함은 없다. 또한, 이 RCWA에 기초한 전자장 해석의 시뮬레이션 결과와 현실에서는, 현물에 있어서의 형상 에러 등을 제외하면, 기본적으로 합치된다.

또한, 비교예의 회절 광학 소자(50)의 시뮬레이션 조건으로서는, 이하의 조건에 의해 행하였다.

파장 λ: 850nm

고굴절률부의 굴절률 n: 1.5

저굴절률부의 굴절률: 1.0

피치: 2000nm 내지 4000nm

다단계의 레벨수 P: 4

또한, 이상적인 홈 깊이는, 피치에 구애되지 않고 일정하며, 이하의 식에 의해 구한 값으로 하였다.

1단 깊이=(P-1)/(P)×파장/(n-1)

P: 레벨수

n: 굴절률

본 실시 형태의 회절 광학 소자(70)의 조건은, 상기 조건에 추가하여, 도 20에 도시한 형상의 변경을 행한 모델을 사용하고 있다.

또한, 잘록부 부분(71b)의 패임양은 피치의 1.6％로 하고, 패임부(71c)의 패임양은 피치의 2.7％로 하였다.

도 21은, 비교예의 회절 광학 소자(50)와 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다. 도 21에서는, 입사각 0°에서의 0차 회절광 강도를 도시하고 있다.

제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)에서는, 비교예의 회절 광학 소자(50)와 비교하여, 0차 회절광 강도가 크게 저하되어 있고, 매우 양호한 결과가 얻어지고 있다. 이 0차 회절광 강도를 저하시키는 효과는, 잘록부 부분(71b) 및 패임부(71c)를 마련함으로써 얻어졌다고 생각된다.

도 22는, 잘록부 부분(71b)이 형성되어 있지 않은 회절 광학 소자(70B)의 모델을 도시하는 도면이다.

도 22의 시뮬레이션용 모델은, 도 20의 모델로부터 잘록부 부분(71b)을 제외하고 곧 뻗은 벽면으로서 구성된 것이다. 잘록부 부분(71b)의 회절 효율에 대한 영향을 조사하기 위해, 이 도 22에 도시한 잘록부 부분(71b)이 형성되어 있지 않은 모델을 사용하여 시뮬레이션을 행하였다.

도 23은, 회절 효율에 대하여, 잘록부 부분(71b)이 형성되어 있지 않은 회절 광학 소자(70B)의 시뮬레이션 결과를, 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)의 시뮬레이션 결과와 함께 도시한 도면이다.

제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)에서는, 잘록부 부분(71b)이 마련되어 있다는 점에서, 특히 피치가 2000nm 내지 2600nm 근처에 있어서, 회절 효율이 높게 되어 있다. 따라서, 잘록부 부분(71b)을 마련함으로써, 특히 좁은 피치에 있어서의 회절 효율을 상승시키는 것이 가능하다.

도 24는, 패임부(71c)가 형성되어 있지 않은 회절 광학 소자(70C)의 모델을 도시하는 도면이다.

도 24의 시뮬레이션용 모델은, 도 20의 모델로부터 패임부(71c)를 제외하고 평탄면으로서 구성된 것이다. 패임부(71c)의 사입사광에 대한 영향을 조사하기 위해, 이 도 24에 도시한 패임부(71c)가 형성되어 있지 않은 모델을 사용하여 시뮬레이션을 행하였다.

도 25는, 30°경사 입사에 있어서의 회절 효율에 대하여, 패임부(71c)가 형성되어 있지 않은 회절 광학 소자(70C)의 시뮬레이션 결과를, 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)의 시뮬레이션 결과와 함께 도시한 도면이다.

제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)에서는, 패임부(71c)가 마련되어 있다는 점에서, 특히 피치가 2300nm 이상인 구성에 있어서, 30°경사 입사에 있어서의 회절 효율이 높게 되어 있다. 따라서, 패임부(71c)를 마련함으로써, 특히 넓은 피치에 있어서의 경사 입사 시의 회절 효율을 상승시키는 것이 가능하다.

(제6 실시 형태)

도 26은, 제6 실시 형태의 회절 광학 소자(80)를 도 3과 마찬가지의 단면으로 도시한 도면이다.

제6 실시 형태의 회절 광학 소자(80)는, 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)를 형뜨기 반전한 형상으로 되어 있다.

제6 실시 형태의 회절 광학 소자(80)에서는, 잘록부 부분(81b)과, 돌출부(81c)를 구비하고 있다.

제6 실시 형태의 회절 광학 소자(80)와 같이, 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)를 형뜨기하여 반전한 형상으로 해도, 제5 실시 형태의 회절 광학 소자(70)와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.

(변형 형태)

이상 설명한 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 변형이나 변경이 가능하며, 그것들도 본 발명의 범위 내이다.

(1) 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 있어서, 제2 경사부와 제3 경사부가 이어지는 부분에 있어서의 잘록부 부분의 폭은, 하나의 단차부의 폭으로서 보았을 때, 선단부와 대략 동등하거나, 약간 좁은 예를 들어 설명하였다. 이에 한정되지 않고, 예를 들어 제2 경사부와 제3 경사부가 이어지는 부분에 있어서의 잘록부 부분의 폭은, 하나의 단차부의 폭으로서 보았을 때, 볼록부의 선단부의 폭보다 넓게 형성해도 된다.

(2) 각 실시 형태에 있어서, 제1 경사부에는, 제2 경사부가 이어져 형성되어 있는 예를 들어 설명하였다. 이에 한정되지 않고, 예를 들어 제1 경사부로부터 근원부를 향하여 회절층에 수직인 방향으로 연장되는 수직부를 구비해도 된다.

(3) 각 실시 형태에 있어서, 회절 광학 소자는, 고굴절률부만으로 구성되어 있는 간단한 형태로서 나타내었다. 이에 한정되지 않고, 예를 들어 고굴절률부를 형성하기 위한 투명 기재를 마련해도 되고, 회절층을 피복하는 피복층을 마련해도 된다.

도 16a, 도 16b, 도 16c는, 회절 광학 소자의 변형 형태로서, 투명 기재를 마련하고 있는 예, 및 피복층을 마련하고 있는 예를 도시하는 도면이다.

도 16a에서는, 투명 기재(61) 상에, 제1 실시 형태에서 나타낸 회절 광학 소자(10)가 형성되어 있고, 이 전체가 회절 광학 소자로서 구성되어 있다. 이와 같이, 투명 기재(61)를 마련함으로써, 수지 부형을 이용한 제조 방법을 이용할 수 있어, 제조를 용이하게 행할 수 있다.

도 16b에서는, 도 16a의 형태에 추가하여, 피복층(62)을 그대로 적층한 형태로 하고, 이 전체가 회절 광학 소자로서 구성되어 있다. 이러한 형태로 함으로써, 피복층(62)을 마련함으로써, 볼록 형상을 보호할 수 있다.

도 16c에서는, 도 16a의 형태에 추가하여, 오목부까지 들어가는 투명 수지에 의해 피복층(63)을 형성하고, 이 전체가 회절 광학 소자로서 구성되어 있다. 이 경우, 피복층(63)을 형성하는 투명 수지는, 저굴절률부로 하기 위해, 고굴절률부보다 굴절률이 낮은 수지를 사용한다. 이러한 형태로 함으로써, 볼록 형상을 보다 효과적으로 보호할 수 있다.

(4) 각 실시 형태에 있어서, 회절 광학 소자는, 파장이 980nm인 적외 레이저를 회절하도록 설계되어 있는 예를 들어 설명하였다. 이에 한정되지 않고, 예를 들어 회절 광학 소자는, 파장 780nm 이상의 적외선을 회절하는 것이어도 되며, 적외광에 한하지 않고, 가시광 등, 어떠한 파장의 광을 회절하는 것에 본 발명을 적용해도 된다.

(5) 각 실시 형태에 있어서, 광조사 장치는, 광원이 파장 980nm의 적외 레이저를 발광하는 예를 들어 설명하였다. 이에 한정되지 않고, 예를 들어 광원이 파장 780nm 이상의 적외광을 발광하는 것으로 해도 되고, 적외광에 한하지 않고, 가시광 등, 어떠한 파장의 광을 발광하는 광원을 광조사 장치에 적용해도 된다.

또한, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태 및 변형 형태는, 적절하게 조합하여 사용할 수도 있지만, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 발명은 이상 설명한 각 실시 형태에 의해 한정되는 일은 없다.

10: 회절 광학 소자
11: 고굴절률부
11a: 볼록부
11a-1: 레벨 1 단차부
11a-2: 레벨 2 단차부
11a-3: 레벨 3 단차부
11a-4: 레벨 4 단차부
11b: 제1 경사부
11c: 제2 경사부
11d: 제3 경사부
11e: 선단부
11f: 근원부
11g: 예각부
11h: 예각부
11i: 예각부
11j: 능선
11k: 능선
11m: 벽부
11n: 벽부
11o: 벽부
12: 오목부
13: 공간
14: 저굴절률부
15: 회절층
20: 회절 광학 소자
21: 고굴절률부
21a: 볼록부
21a-1: 레벨 1 단차부
21a-2: 레벨 2 단차부
21a-3: 레벨 3 단차부
21a-4: 레벨 4 단차부
21b: 제1 경사부
21c: 제2 경사부
21d: 제3 경사부
21e: 선단부
21f: 근원부
21g: 예각부
21h: 예각부
21i: 예각부
21j: 선단부
21m: 벽부
21n: 벽부
21o: 벽부
25: 회절층
30: 회절 광학 소자
31: 고굴절률부
31a: 볼록부
31a-1: 레벨 1 단차부
31a-2: 레벨 2 단차부
31a-3: 레벨 3 단차부
31a-4: 레벨 4 단차부
31b: 제1 경사부
31c: 제2 경사부
31d: 제3 경사부
31e: 선단부
31f: 근원부
31i: 예각부
31j: 능선
31k: 능선
31m: 벽부
31n: 벽부
31o: 벽부
35: 회절층
40: 회절 광학 소자
41: 고굴절률부
41a: 볼록부
41a-1: 레벨 1 단차부
41a-2: 레벨 2 단차부
41a-3: 레벨 3 단차부
41a-4: 레벨 4 단차부
41b: 제1 경사부
41c: 제2 경사부
41d: 제3 경사부
41e: 선단부
41f: 근원부
41i: 예각부
41k: 능선
41m: 벽부
41n: 벽부
41o: 벽부
45: 회절층
50: 회절 광학 소자
61: 투명 기재
62: 피복층
63: 피복층
70: 회절 광학 소자
71b: 잘록부 부분
71c: 패임부
80: 회절 광학 소자
81b: 잘록부 부분
81c: 패임부
200: 스크린
201: 광
202: 조사 영역
204: 조사 영역
CAM1: 적외선 카메라
CAM2: 적외선 카메라
L: 광원
P: 평면
S: 스크린

Claims (18)

1. 광을 정형하는 회절 광학 소자이며,
   단면 형상에 있어서 복수의 볼록부가 나란히 배치되어 있는 고굴절률부와,
   상기 고굴절률부보다 굴절률이 낮고, 적어도 상기 볼록부의 사이에 형성되어 있는 오목부를 포함하는 저굴절률부
   를 갖는 회절층을 구비하고,
   상기 볼록부는, 그의 측면 형상의 적어도 일방측에, 높이가 상이한 복수의 단차부를 구비한 다단계 형상을 갖고 있고,
   상기 볼록부의 측면 형상은, 상기 회절층을 포함하는 평면에 대하여 기운 경사부를 적어도 일부에 구비하고,
   상기 볼록부의 측면 형상은, 상기 볼록부의 선단부로부터 근원부를 향하여 상기 볼록부의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 제1 경사부를 구비하고,
   상기 제1 경사부로부터 상기 근원부를 향하여 상기 볼록부의 폭이 좁아지는 방향으로 경사진 제2 경사부와,
   상기 제2 경사부로부터 더 상기 근원부를 향하여 상기 볼록부의 폭이 넓어지는 방향으로 경사진 제3 경사부
   를 구비하는, 회절 광학 소자.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 경사부로부터 상기 근원부를 향하여 상기 회절층에 수직인 방향으로 연장되는 수직부를 구비하는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 경사부와 상기 제3 경사부가 이어지는 잘록부 부분의 폭은, 하나의 단차부의 폭으로서 보았을 때, 당해 단차부의 정상부의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자.
4. 제1항에 있어서,
   상기 볼록부의 측면 형상은, 일부가 상기 볼록부의 내부 방향을 향하여 오목한 잘록부 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자.
5. 광을 정형하는 회절 광학 소자이며,
   단면 형상에 있어서 복수의 볼록부가 나란히 배치되어 있는 고굴절률부와,
   상기 고굴절률부보다 굴절률이 낮고, 적어도 상기 볼록부의 사이에 형성되어 있는 오목부를 포함하는 저굴절률부
   를 갖는 회절층을 구비하고,
   상기 볼록부는, 그의 측면 형상의 적어도 일방측에, 높이가 상이한 복수의 단차부를 구비한 다단계 형상을 갖고 있고,
   상기 볼록부의 측면 형상은, 일부가 상기 볼록부의 내부 방향을 향하여 오목한 잘록부 부분을 구비하는, 회절 광학 소자.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 잘록부 부분의 폭은, 하나의 단차부의 폭으로서 보았을 때, 당해 단차부의 정상부의 폭의 1/2 이상인 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자.
7. 제1항에 있어서,
   상기 다단계 형상의 능선 중 적어도 하나는, 각을 갖지 않고 경사져 있는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자.
8. 제1항에 있어서,
   상기 다단계 형상의 인접하는 단차부의 경계 중 적어도 하나에, 각 단차부의 폭보다 좁은 폭으로 단면 형상이 예각으로 돌출, 또는 단면 형상이 예각으로 패여 형성된 예각부를 구비하는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자.
9. 제1항에 있어서,
   상기 다단계 형상의 인접하는 단차부의 경계 중 적어도 하나에, 각 단차부의 폭보다 좁은 폭으로 단면 형상이 곡면상으로 돌출된 돌출부, 또는 단면 형상이 곡면상으로 패여 형성된 패임부를 구비하는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자.
10. 제1항에 있어서,
    상기 고굴절률부는 전리 방사선 경화성 수지 조성물을 경화한 것임을 특징으로 하는 회절 광학 소자.
11. 제1항에 있어서,
    상기 저굴절률부는 공기인 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자.
12. 제1항에 있어서,
    투명 기재와, 상기 회절층과, 상기 회절층을 피복하는 피복층이, 이 순서로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자.
13. 제1항에 있어서,
    상기 회절층은 파장 780nm 이상의 적외선을 회절하는 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자.
14. 제13항에 있어서,
    상기 볼록부의 높이는 650nm 이상인 것을 특징으로 하는 회절 광학 소자.
15. 광원과,
    상기 광원이 발광하는 광이 통과하는 위치에 적어도 하나 배치된, 제1항 또는 제5항에 기재된 회절 광학 소자
    를 구비하는, 광조사 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 광원은 파장 780nm 이상의 적외선을 발광할 수 있는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
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