專利名稱：光學(xué)材料、光學(xué)元件、光學(xué)系統(tǒng)、層疊型衍射光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用作透鏡、濾光器、鏡子的光學(xué)元件，特別是涉及由折射率色散高的光學(xué)材料構(gòu)成的衍射光學(xué)元件和折射光學(xué)元件。
背景技術(shù)：
至今在只由光的折射構(gòu)成的折射光學(xué)系統(tǒng)中，通過組合色散特性不同的玻璃材料來減少色差。例如，在望遠(yuǎn)鏡等的物鏡中用色散小的玻璃制成正透鏡，用色散大的玻璃制成負(fù)透鏡，將它們組合起來使用而對在軸上出現(xiàn)的色差進(jìn)行校正。為此，在透鏡的構(gòu)成、個數(shù)受到限制的情形和使用的玻璃受到限制的情形等中，要充分校正色差是非常困難的。
又，在SPIE VoL.1354 International Lens DesignConference(1990)中，揭示了在透鏡面和/或光學(xué)系統(tǒng)的一部分中，通過用具有衍射光柵的衍射光學(xué)元件減少色差的方法。這是利用在作為光學(xué)元件的折射面和衍射面中，對某個基準(zhǔn)波長的光線的發(fā)生色差的方向是相反這樣的物理現(xiàn)象的方法。進(jìn)一步，這種衍射光學(xué)元件，通過改變它的衍射光柵的周期構(gòu)造中的周期，能夠具有與非球面透鏡同等的效果。因此，對于減少色差具有非常大的效果。
這里，我們說明光線的衍射作用。一般地說，入射到作為折射系統(tǒng)的光學(xué)元件的球面和非球面透鏡的1條光線，由該球面和非球面折射后還成為1條光線。與此相反，入射到作為衍射系統(tǒng)的光學(xué)元件的衍射光學(xué)元件的1條光線，由于衍射作用被分成各級的多條光線。
因此，為了充分發(fā)揮用作光學(xué)系統(tǒng)的衍射光學(xué)元件的特長，必須將使用波長區(qū)域的光束集中在特定的級數(shù)(以后也稱為設(shè)計(jì)級數(shù))中。當(dāng)將使用波長區(qū)域的光束集中在設(shè)計(jì)級數(shù)中時，在此以外的衍射級數(shù)的衍射光的強(qiáng)度變得非常低。因此，設(shè)計(jì)級數(shù)以外的光線不能成為在與設(shè)計(jì)級數(shù)的光線不同的地方成象的光斑光。
在特開平09-127321號(專利文獻(xiàn)1)、特開平09-127322號(專利文獻(xiàn)2)、特開平11-044808號(專利文獻(xiàn)3)、特開平11-044810號(專利文獻(xiàn)4)中揭示了為了將使用波長區(qū)域的光束集中在設(shè)計(jì)級數(shù)中，預(yù)先決定衍射光柵的光柵構(gòu)造，充分提高衍射效率的構(gòu)成。它們是通過將多個光學(xué)元件組合起來形成層疊型光學(xué)元件，最適合地選擇各光學(xué)元件的折射率色散和在光學(xué)元件的境界面上形成的光柵的形狀，在廣波長范圍內(nèi)具有高衍射效率的構(gòu)成。具體地說，通過在基片上層疊多種光學(xué)材料，在它的境界面的至少一個面上形成立體圖案、階段形狀、開諾形狀等，形成所要的衍射光學(xué)元件。
特開平09-127321號[專利文獻(xiàn)2]特開平09-127322號[專利文獻(xiàn)3]特開平11-044808號[專利文獻(xiàn)4]特開平11-044810號在這些現(xiàn)有的專利中，為了得到在廣波長范圍內(nèi)具有高衍射效率的構(gòu)成，將相對地折射率色散低的材料和折射率色散高的材料組合起來。具體地說，在特開平09-127321號的情形中，作為折射率色散低的材料用BMS81(nd＝1.64，νd＝60.1オハラ制造)，作為折射率色散高的材料用塑料光學(xué)材料PC(nd＝1.58，νd＝30.5帝人化成制造)。同樣地，在特開平09-127322號的情形中，作為折射率色散低的材料用LaL14(nd＝1.698，νd＝55.5オハラ制造)、丙烯樹脂(nd＝1.49，νd＝57.7)、Cytop(nd＝1.34149，νd＝93.8旭硝子制造)，作為折射率色散高的材料用塑料光學(xué)材料PC(nd＝1.58，νd＝30.5帝人化成制造)。在特開平11-044808號和特開平11-044810號的情形中，作為折射率色散低的材料用C001(nd＝1.525，νd＝50.8大日本インキ制造)、PMMA(nd＝1.4917，νd＝57.4)、BMS81(nd＝1.64，νd＝60.1オハラ制造)，作為折射率色散高的材料用塑料光學(xué)材料PC(nd＝1.58，νd＝30.5帝人化成制造)、PS(nd＝1.5918，νd＝31.1)等。
圖1是表示作為光學(xué)材料正在市場中出售的材料的阿貝數(shù)和折射率的曲線圖。在圖1中，縱軸為折射率(nd)，橫軸為阿貝數(shù)(νd)。上述的特開平09-127321號、特開平09-127322號、特開平11-044808號、特開平11-044810號中記載的光學(xué)材料都包含在圖1中。如從圖1可以看到的那樣，一般光學(xué)材料的折射率滿足nd＞-6.667×10-3νd+1.70。又，圖中所示的直線為nd＝-6.667×10-3νd+1.70。
在多層衍射光學(xué)元件的構(gòu)成中，折射率色散高的材料和折射率色散低的材料中的折射率色散的差越大，構(gòu)成的光學(xué)元件的衍射效率越高，光學(xué)元件的畫面視角越廣。又因此，為了達(dá)到進(jìn)一步提高衍射光學(xué)元件的功能的目的，需要使用折射率色散更高(阿貝數(shù)小)的材料，從而能夠更正確地校正色差。在圖1所示的有機(jī)高分子光學(xué)材料中阿貝數(shù)最小的材料是阿貝數(shù)為17.3的聚乙烯咔唑(PVCZ)。
但是近年來，對光學(xué)元件提出了更嚴(yán)格的特性要求。因此，為了在衍射光學(xué)元件中，將使用波長區(qū)域的光束集中在設(shè)計(jì)級數(shù)中，提高衍射效率，不僅需要通過只使用折射率色散高的材料和折射率色散低的材料，將使用波長區(qū)域(400nm～700nm)中的衍射效率提高到95％以上，而且需要表示出入射角10°的光損失率在3.40％以下的光學(xué)特性。阿貝數(shù)為17.3的聚乙烯咔唑(PVCZ)，如后述的比較例1所示的那樣，在使用波長區(qū)域(400nm～700nm)中的衍射效率在95％以上，但是不能夠滿足在入射角10°的光損失率在3.40％以下的條件。即，不能達(dá)到將使用波長區(qū)域的光束集中在特定級數(shù)中，得到所要的高衍射效率的目的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供通過使用由折射率nd為nd＞-6.667×10-3νd+1.70，阿貝數(shù)νd為νd≤16的光學(xué)材料構(gòu)成的光學(xué)元件，提高在全部可見區(qū)域中的衍射效率，并且在各入射角度中的一級衍射光強(qiáng)度的光損失率小，將使用波長區(qū)域的光束集中在特定級數(shù)中的光學(xué)元件。
因此，在本發(fā)明中，為了達(dá)到上述目的，提供d線的折射率(nd)與阿貝數(shù)(νd)的關(guān)系為nd＞-6.667×10-3νd+1.70，阿貝數(shù)(νd)為νd≤16的光學(xué)材料和由該光學(xué)材料形成的光學(xué)元件。
又本發(fā)明提供由d線的折射率(nd)與阿貝數(shù)(νd)的關(guān)系為nd＞-6.667×10-3νd+1.70，阿貝數(shù)(νd)為νd≤16的光學(xué)材料形成的，具有一方的表面是具有衍射形狀的衍射面的第1衍射光學(xué)元件、和由阿貝數(shù)比該第1衍射光學(xué)元件大，一方的表面是具有衍射形狀的衍射面的第2衍射光學(xué)元件，該第1衍射光學(xué)元件和第2衍射光學(xué)元件的衍射面相互對置地進(jìn)行配置的層疊型衍射光學(xué)元件。
又本發(fā)明提供在至少由2層構(gòu)成，各層由不同的光學(xué)材料形成的層疊型衍射光學(xué)元件中，由d線的折射率(nd)與阿貝數(shù)(νd)的關(guān)系為nd＞-6.667×10-3νd+1.70，阿貝數(shù)(νd)為νd≤16的第1光學(xué)材料形成的，具有一方的表面是具有衍射形狀的衍射面的第1層、和由阿貝數(shù)比該第1光學(xué)材料大，一方的表面是具有衍射形狀的衍射面的第2層的層疊型衍射光學(xué)元件。
又本發(fā)明提供由TiO2、Nb2O5、Cr2O3、BaTiO3中的至少一種無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的光學(xué)材料和層疊型衍射光學(xué)元件。
又本發(fā)明提供含有無機(jī)微粒的聚合物的光學(xué)材料和層疊型衍射光學(xué)元件。
又本發(fā)明提供上述聚合物是聚乙烯咔唑，上述無機(jī)微粒是TiO2微粒、Nb2O5微粒、Cr2O3微粒、BaTiO3微粒中的至少一種的光學(xué)材料和層疊型衍射光學(xué)元件。
又本發(fā)明提供上述無機(jī)微粒的粒子直徑為2～100nm的光學(xué)材料和層疊型衍射光學(xué)元件。
又本發(fā)明提供上述光學(xué)元件的表面是形成衍射形狀的衍射面的衍射光學(xué)元件。
又本發(fā)明提供包含上述層疊型衍射光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)。
又本發(fā)明提供的上述光學(xué)系統(tǒng)是投影光學(xué)系統(tǒng)或攝影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)。
從下面的結(jié)合附圖所作的說明，本發(fā)明的上述和其它的目的將變得更加清楚。
圖1是表示一般光學(xué)材料中的折射率和阿貝數(shù)的分布的曲線圖。
圖2A、2B和2C是表示實(shí)施例1中的光學(xué)材料的成形過程的截面圖。
圖3A、3B和3C是表示實(shí)施例1中的光學(xué)材料的成形過程的截面圖。
圖4是表示實(shí)施例1中的多層衍射光學(xué)元件的構(gòu)造的截面圖。
圖5是表示實(shí)施例1中的多層衍射光學(xué)元件的一級衍射光強(qiáng)度的曲線圖。
圖6是表示實(shí)施例1中的多層衍射光學(xué)元件的光損失率的曲線圖。
圖7A、7B和7C是表示比較例1中的光學(xué)元件的成形過程的截面圖。
圖8是表示比較例1中的多層衍射光學(xué)元件的構(gòu)造的截面圖。
圖9是表示實(shí)施例1中的多層衍射光學(xué)元件的一級衍射光強(qiáng)度的曲線圖。
圖10是表示比較例1中的多層衍射光學(xué)元件的光損失率的曲線圖。
圖11A、11B和11C是表示實(shí)施例2中的光學(xué)元件的成形過程的截面圖。
圖12是表示實(shí)施例2中的多層衍射光學(xué)元件的構(gòu)造的截面圖。
圖13是表示實(shí)施例2中的多層衍射光學(xué)元件的一級衍射光強(qiáng)度的曲線圖。
圖14是表示實(shí)施例2中的多層衍射光學(xué)元件的光損失率的曲線圖。
圖15A、15B和15C是表示實(shí)施例3中的光學(xué)元件的成形過程的截面圖。
圖16是表示實(shí)施例3中的多層衍射光學(xué)元件的構(gòu)造的截面圖。
圖17是表示實(shí)施例3中的多層衍射光學(xué)元件的一級衍射光強(qiáng)度的曲線圖。
圖18是表示實(shí)施例3中的多層衍射光學(xué)元件的光損失率的曲線圖。
圖19A、19B和19C是表示實(shí)施例4中的光學(xué)元件的成形過程的截面圖。
圖20是表示實(shí)施例4中的多層衍射光學(xué)元件的構(gòu)造的截面圖。
圖21是表示實(shí)施例4中的多層衍射光學(xué)元件的一級衍射光強(qiáng)度的曲線圖。
圖22是表示實(shí)施例4中的多層衍射光學(xué)元件的光損失率的曲線圖。
圖23A、23B、23C、23D、23E、23F、23G、23H和23I是表示實(shí)施例5中的光學(xué)元件的成形過程的截面圖。
圖24是表示實(shí)施例5中的多層衍射光學(xué)元件的構(gòu)造的截面圖。
圖25是表示實(shí)施例5中的多層衍射光學(xué)元件的一級衍射光強(qiáng)度的曲線圖。
圖26是表示實(shí)施例5中的多層衍射光學(xué)元件的光損失率的曲線圖。
圖27A、27B、27C、27D、27E、27F、27G、27H和27I是表示實(shí)施例6中的光學(xué)元件的成形過程的截面圖。
圖28是表示實(shí)施例6中的多層衍射光學(xué)元件的構(gòu)造的截面圖。
圖29是表示實(shí)施例6中的多層衍射光學(xué)元件的一級衍射光強(qiáng)度的曲線圖。
圖30是表示實(shí)施例6中的多層衍射光學(xué)元件的光損失率的曲線圖。
圖31A、31B、31C、31D、31E、31F、31G、31H和31I是表示實(shí)施例7中的光學(xué)元件的成形過程的截面圖。
圖32是表示實(shí)施例7中的多層衍射光學(xué)元件的構(gòu)造的截面圖。
圖33是表示實(shí)施例7中的多層衍射光學(xué)元件的一級衍射光強(qiáng)度的曲線圖。
圖34是表示實(shí)施例7中的多層衍射光學(xué)元件的光損失率的曲線圖。
圖35A、35B、35C、35D、35E、35F、35G、35H和35I是表示實(shí)施例8中的光學(xué)元件的成形過程的截面圖。
圖36是表示實(shí)施例8中的多層衍射光學(xué)元件的構(gòu)造的截面圖。
圖37是表示實(shí)施例8中的多層衍射光學(xué)元件的一級衍射光強(qiáng)度的曲線圖。
圖38是表示實(shí)施例8中的多層衍射光學(xué)元件的光損失率的曲線圖。
圖39A、39B、39C、39D、39E是表示比較例2中的光學(xué)元件的成形過程的截面圖。
圖40是表示比較例2中的多層衍射光學(xué)元件的構(gòu)造的截面圖。
圖41是表示比較例2中的多層衍射光學(xué)元件的一級衍射光強(qiáng)度的曲線圖。
圖42是表示比較例2中的多層衍射光學(xué)元件的光損失率的曲線圖。
圖43是表示3層的多層衍射光學(xué)元件的截面圖。
圖44是第2實(shí)施形態(tài)中的投影光學(xué)系統(tǒng)的模式圖。
圖45是第3實(shí)施形態(tài)中的攝影光學(xué)系統(tǒng)的模式圖。
具體實(shí)施例方式
(第1實(shí)施形態(tài))本發(fā)明者研討了通過在聚合物等的光學(xué)材料中包含在通常光學(xué)材料中不使用的阿貝數(shù)小的無機(jī)氧化物的微粒，從而能否制成阿貝數(shù)小的光學(xué)材料。作為阿貝數(shù)小的無機(jī)氧化物，可以考慮TiO2(nd＝2.2652，νd＝11.8)、Nb2O5(nd＝2.367，νd＝14.0)、ITO(nd＝1.8581，νd＝5.53)、Cr2O3(nd＝2.2178，νd＝13.4)、BaTiO3(nd＝2.4362，νd＝11.3)等。
可是這些無機(jī)氧化物是通常構(gòu)成防止反射膜的材料，多數(shù)情形是它們的厚度在50～500nm范圍內(nèi)使用。但是，通過真空成膜調(diào)整形狀可能用在50nm以下厚度的衍射光學(xué)元件中。又，通過與作為基質(zhì)聚合物在市場中出售的UV硬化樹脂的組合，能夠非常容易地制造成光學(xué)材料。又也可以容易地調(diào)整形狀，容易適用于折射光學(xué)元件和衍射光學(xué)元件。
又，當(dāng)用無機(jī)氧化物時，希望它的粒子直徑為2～100nm。粒子直徑比100nm大時混合物的光散射變大，不能用作光學(xué)元件。又，粒子直徑在2nm以下時表面的量子效果增大，不能表示出無機(jī)氧化物的特性。
又，作為包含無機(jī)氧化物的聚合物，能夠均勻地混合并色散微粒的聚乙烯咔唑是最適合的。包含無機(jī)氧化物的聚乙烯咔唑物是通過在N-乙烯基咔唑中添加無機(jī)氧化物微粒，并使它硬化得到的。但是，包含無機(jī)氧化物的聚合物不限于聚乙烯咔唑，作為光學(xué)材料最好滿足nd＞-6.667×10-3νd+1.70和νd≤16的條件。又，通過使阿貝數(shù)νd為νd≤16，能夠提高光學(xué)元件的數(shù)值孔徑，也可以使光學(xué)元件的厚度進(jìn)一步變薄。因此，能夠更容易地使用上述無機(jī)氧化物作為光學(xué)材料。
(實(shí)施例1)
我們參照圖2A～2C、圖3A～3C、圖4、圖5和圖6，說明實(shí)施例1中的層疊型衍射光學(xué)元件的構(gòu)成及其制造方法。首先，在100g以10w％色散平均粒子直徑10nm的TiO2微粒的三氯甲烷溶液中添加12g聚乙烯咔唑(東京化成工業(yè)公司制造)和0.15g光開始劑1-羥基-環(huán)己-苯-酮后，通過減壓除去三氯甲烷制成光學(xué)原料2。
其次，如圖2A所示，將光學(xué)原料2供給加工成衍射光柵形狀的金屬模具1。其次，如圖2B所示，將玻璃(BK7)平板3放在光學(xué)原料2上，在使每個模具保持在70℃的狀態(tài)中用UV曝光機(jī)(EX250HOYA-SCHOTT公司制造)以20000mJ/cm2(100mW/cm2，200秒)進(jìn)行照射。此后，如圖2C所示，使硬化了的光學(xué)元件2′脫離金屬模具1制成衍射光學(xué)元件4。該光學(xué)原料2通過UV曝光硬化進(jìn)行聚合，形成聚乙烯咔唑和TiO2微粒的光學(xué)材料。又，形成該光學(xué)元件2′的光學(xué)材料的光學(xué)特性為(nd＝1.824，νd＝15.1)。該光學(xué)特性同時滿足nd＞-6.667×10-3νd+1.70、νd≤16的條件。
另一方面，為了形成另一個光學(xué)元件，準(zhǔn)備光學(xué)特性為(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化樹脂6作為光學(xué)材料。如圖3A所示，使光硬化樹脂6流入加工成衍射光柵形狀的金屬模具5。將玻璃(BK7)平板7放在它的上面，如圖3B所示進(jìn)行加壓。此后，用圖中未畫出的UV曝光機(jī)(EX250HOYA-SCHOTT公司制造)以3000mJ/cm2(100mW/cm2，30秒)進(jìn)行照射后，如圖3C所示，使硬化了的光硬化樹脂6脫離金屬模具5制成衍射光學(xué)元件8。
其次，在衍射光學(xué)元件4和衍射光學(xué)元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如圖4所示，使衍射光柵相互對置地進(jìn)行組合制成層疊型衍射光學(xué)元件10。9是決定衍射光學(xué)元件4和衍射光學(xué)元件8的間隔的隔片。衍射光學(xué)元件4和衍射光學(xué)元件8的各光柵間距都是80.00μm。衍射光學(xué)元件4和衍射光學(xué)元件8的相互的衍射光柵的谷間間隔為9.89μm，峰間間隔為1.50μm。衍射光學(xué)元件4的峰的高度為2.78μm，衍射光學(xué)元件8的峰的高度為5.61μm。
圖5是表示在制造的層疊型衍射光學(xué)元件10中，入射角度0°的一級衍射光的各波長(400nm～700nm)的強(qiáng)度的曲線圖。橫軸表示波長，縱軸表示衍射效率。在圖5中，層疊型衍射光學(xué)元件10的衍射效率在使用波長的全部區(qū)域的400nm～3700nm的范圍內(nèi)達(dá)到95％以上，可以說表示了非常良好的強(qiáng)度的波長分布。
又，圖6是表示當(dāng)改變到層疊型衍射光學(xué)元件10的入射角度時，在各入射角度上的次級衍射光的強(qiáng)度降低比例的曲線圖。橫軸表示入射角，縱軸表示光的損失率。在圖6中，入射角越大損失率越高，但是在入射角10°的光損失率為3.27％，在3.40％以下。因此該值表示了非常良好的特性，我們能夠說層疊型衍射光學(xué)元件10使光線充分集中在特定級數(shù)上。
(比較例1)下面，我們參照圖7A～7C、圖3A～3C、圖8、圖9、圖10，說明比較例1中的層疊型衍射光學(xué)元件的構(gòu)成及其制造方法。作為比較例1，用添加1％的光開始劑1-羥基-環(huán)己-苯-酮的N-乙烯基咔唑(東京化成工業(yè)公司制造)制造光學(xué)原料202。
其次，如圖7A所示，將光學(xué)原料202供給金屬模具201。其次，如圖7B所示，用玻璃(BK7)平板203壓在光學(xué)原料202上，在使每個模具保持在70℃的狀態(tài)中用圖中未畫出的UV曝光機(jī)(EX250HOYA-SCHOTT公司制造)以20000mJ/cm2(100mW/cm2，200秒)進(jìn)行照射。此后，如圖7C所示，使光硬化樹脂202脫離金屬模具201制成衍射光學(xué)元件204。通過UV曝光硬化該光硬化樹脂202進(jìn)行聚合形成由聚乙烯咔唑構(gòu)成的光學(xué)材料。該光學(xué)材料的光學(xué)特性為(nd＝1.702，νd＝17.4)。該光學(xué)特性滿足nd＞-6.667×10-3νd+1.70的條件，但是不滿足νd≤16的條件。
另一方面，作為用于形成另一個光學(xué)元件的光學(xué)材料，與實(shí)施例1同樣地準(zhǔn)備光學(xué)特性為(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化樹脂6。用與圖3A～3C所示的實(shí)施例1同樣的方法制造衍射光學(xué)元件8。
其次，在衍射光學(xué)元件204和衍射光學(xué)元件8上形成防止反射膜后，如圖8所示，使衍射光柵相互對置地進(jìn)行組合制成層疊型衍射光學(xué)元件210。2C9是決定衍射光學(xué)元件204和衍射光學(xué)元件8的間隔的隔片。衍射光學(xué)元件204和衍射光學(xué)元件8的各光柵間距是80.00μm。衍射光學(xué)元件204和衍射光學(xué)元件8的相互的衍射光柵的谷間間隔為11.87μm，峰間間隔為1.50μm。衍射光學(xué)元件204的峰的高度為3.92μm，衍射光學(xué)元件8的峰的高度為6.45μm。
圖9是表示在制造的層疊型衍射光學(xué)元件210中，入射角度0°的一級衍射光的各波長(400nm～700nm)的強(qiáng)度的曲線圖。橫軸表示波長，縱軸表示衍射效率。在圖9中，層疊型衍射光學(xué)元件210的衍射效率在使用波長的全部區(qū)域的波長400nm～700nm的范圍內(nèi)達(dá)到95％以上，可以說表示了非常良好的強(qiáng)度的波長分布。
但是，圖10是表示當(dāng)改變到層疊型衍射光學(xué)元件210的入射角度時，在各入射角度上的次級衍射光的強(qiáng)度降低比例的曲線圖。橫軸表示入射角，縱軸表示光的損失率。又為了進(jìn)行比較在圖10中也一起顯示了實(shí)施例1的圖6的值。在圖10中，入射角越大損失率越高，在入射角10°的光損失率為3.52％。這個值在要求的光損失率的值3.40％以上。因此我們不能夠說層疊型衍射光學(xué)元件210作為層疊型衍射光學(xué)元件使光線充分集中在特定級數(shù)上。
(實(shí)施例2)下面，我們參照圖11A～11C、圖3A～3C、圖12、圖13、圖14，說明實(shí)施例2中的層疊型衍射光學(xué)元件的構(gòu)成及其制造方法。首先，在100g以10w％色散平均粒子直徑10nm的Nb2O3微粒的三氯甲烷溶液中添加12gN-聚乙烯咔唑(東京化成工業(yè)公司制造)和0.15g光開始劑1-羥基-環(huán)己-苯-酮后，通過減壓除去三氯甲烷制成光學(xué)原料12。
其次，如圖11A所示，將光學(xué)原料12供給加工成衍射光柵形狀的金屬模具11。其次，如圖11B所示，將玻璃(BK7)平板13放在光學(xué)原料12上，在使每個模具保持在70℃的狀態(tài)中用UV曝光機(jī)(EX250HOYA-SCHOTT公司制造)以20000mJ/cm2(100mW/cm2，200秒)進(jìn)行照射。此后，如圖11C所示，使硬化了的光學(xué)元件12′脫離金屬模具11制成衍射光學(xué)元件14。該光學(xué)原料12通過UV曝光硬化進(jìn)行聚合，形成聚乙烯咔唑和Nb2O3微粒的光學(xué)材料。又，形成該光學(xué)元件12′的光學(xué)材料的光學(xué)特性為(nd＝1.850，νd＝16.0)。該光學(xué)特性同時滿足nd＞-6.667×10-3νd+1.70、νd≤16的條件。
另一方面，作為用于形成另一個光學(xué)元件的光學(xué)材料，與實(shí)施例1同樣地準(zhǔn)備光學(xué)特性為(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化樹脂6。用與圖3A～3C所示的實(shí)施例1同樣的方法制造衍射光學(xué)元件8。
其次，在衍射光學(xué)元件14和衍射光學(xué)元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如圖12所示，使衍射光柵相互對置地進(jìn)行組合制成層疊型衍射光學(xué)元件20。19是決定衍射光學(xué)元件14和衍射光學(xué)元件8的間隔的隔片。衍射光學(xué)元件14和衍射光學(xué)元件8的各光柵間距是80.00μm。衍射光學(xué)元件4和衍射光學(xué)元件8的相互的衍射光柵的谷間間隔為10.41μm，峰間間隔為1.50μm。衍射光學(xué)元件14的峰的高度為2.92μm，衍射光學(xué)元件8的峰的高度為5.99μm。
圖13是表示在制造的層疊型衍射光學(xué)元件20中，入射角度0°的一級衍射光的各波長(400nm～700nm)的強(qiáng)度的曲線圖。橫軸表示波長，縱軸表示衍射效率。在圖13中，層疊型衍射光學(xué)元件20的衍射效率在使用波長的全部區(qū)域的波長400nm～700nm的范圍內(nèi)達(dá)到95％以上，可以說表示了非常良好的強(qiáng)度的波長分布。
又，圖14是表示當(dāng)改變到層疊型衍射光學(xué)元件20的入射角度時，在各入射角度上的次級衍射光的強(qiáng)度降低比例的曲線圖。橫軸表示入射角，縱軸表示光的損失率。在圖14中，入射角越大損失率越高，但是在入射角10°的光損失率為3.40％。因此這個值表示非常良好的特性，我們能夠說層疊型衍射光學(xué)元件20使光線充分集中在特定級數(shù)上。
(實(shí)施例3)
下面，我們參照圖15A～15C、圖3A～3C、圖16、圖17、圖18，說明實(shí)施例3中的層疊型衍射光學(xué)元件的構(gòu)成及其制造方法。首先，在130g以10w％色散平均粒子直徑10nm的Cr2O5微粒的三氯甲烷溶液中添加12gN-聚乙烯咔唑(東京化成工業(yè)公司制造)和0.15g光開始劑1-羥基-環(huán)己-苯-酮后，通過減壓除去三氯甲烷制成光學(xué)原料22。
其次，如圖15A所示，將光學(xué)原料22供給加工成衍射光柵形狀的金屬模具21。其次，如圖15B所示，將玻璃(BK7)平板23放在光學(xué)原料22上，在使每個模具保持在70℃的狀態(tài)中用UV曝光機(jī)(EX250HOYA-SCHOTT公司制造)以20000mJ/cm2(100mW/cm2，200秒)進(jìn)行照射。此后，如圖15C所示，使硬化了的光學(xué)元件22′脫離金屬模具21制成衍射光學(xué)元件24。該光學(xué)原料22通過UV曝光硬化進(jìn)行聚合，形成聚乙烯咔唑和Cr2O5微粒的光學(xué)材料。又，形成該光學(xué)元件22′的光學(xué)材料的光學(xué)特性為(nd＝1.824，νd＝15.9)。該光學(xué)特性同時滿足nd＞-6.667×10-3νd+1.70、νd≤16的條件。
另一方面，作為用于形成另一個光學(xué)元件的光學(xué)材料，與實(shí)施例1同樣地準(zhǔn)備光學(xué)特性為(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化樹脂6。用與圖3A～3C所示的實(shí)施例1同樣的方法制造衍射光學(xué)元件8。
其次，在衍射光學(xué)元件24和衍射光學(xué)元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如圖16所示，使衍射光柵相互對置地進(jìn)行組合制成層疊型衍射光學(xué)元件30。29是決定衍射光學(xué)元件24和衍射光學(xué)元件8的間隔的隔片。衍射光學(xué)元件24和衍射光學(xué)元件8的各光柵間距都是80.00μm。衍射光學(xué)元件24和衍射光學(xué)元件8的相互的衍射光柵的谷間間隔為10.50μm，峰間間隔為1.50μm。衍射光學(xué)元件24的峰的高度為2.94μm，衍射光學(xué)元件8的峰的高度為6.06μm。
圖17是表示在制成的層疊型衍射光學(xué)元件30中，入射角度0°的一級衍射光的各波長(400nm～700nm)的強(qiáng)度的曲線圖。橫軸表示波長，縱軸表示衍射效率。在圖17中，層疊型衍射光學(xué)元件30的衍射效率在使用波長的全部區(qū)域的波長400nm～700nm的范圍內(nèi)達(dá)到95％以上，可以說表示了非常良好的強(qiáng)度的波長分布。
又，圖18是表示當(dāng)改變到層疊型衍射光學(xué)元件30的入射角度時，在各入射角度上的次級衍射光的強(qiáng)度降低比例的曲線圖。橫軸表示入射角，縱軸表示光的損失率。在圖18中，入射角越大損失率越高，但是在入射角10°的光損失率為3.40％。因此這個值表示非常良好的特性，我們能夠說層疊型衍射光學(xué)元件30使光線充分集中在特定級數(shù)上。
(實(shí)施例4)下面，我們參照圖19A～19C、圖3A～3C、圖20、圖21、圖22，說明實(shí)施例4中的層疊型衍射光學(xué)元件的構(gòu)成及其制造方法。首先，在100g以10w％色散平均粒子直徑10nm的BaTiO3微粒的三氯甲烷溶液中添加12gN-聚乙烯咔唑(東京化成工業(yè)公司制造)和0.15g光開始劑1-羥基-環(huán)己-苯-酮后，通過減壓除去三氯甲烷制成光學(xué)原料32。
其次，如圖19A所示，將光學(xué)原料32供給加工成衍射光柵形狀的金屬模具31。其次，如圖19B所示，將玻璃(BK7)平板33放在光學(xué)原料32上，在使每個模具保持在70℃的狀態(tài)中用UV曝光機(jī)(EX250HOYA-SCHOTT公司制造)以20000mJ/cm2(100mW/cm2，200秒)進(jìn)行照射。此后，如圖19C所示，使硬化了的光學(xué)元件32′脫離金屬模具31制成衍射光學(xué)元件34。該光學(xué)原料32通過UV曝光硬化進(jìn)行聚合，形成聚乙烯咔唑和BaTiO3微粒的光學(xué)材料。又，形成該光學(xué)元件32′的光學(xué)材料的光學(xué)特性為(nd＝1.867，νd＝14.7)。該光學(xué)特性同時滿足nd＞-6.667×10-3νd+1.70、νd≤16的條件。
另一方面，作為用于形成另一個光學(xué)元件的光學(xué)材料，與實(shí)施例1同樣地準(zhǔn)備光學(xué)特性為(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化樹脂6。用與圖3A～3C所示的實(shí)施例1同樣的方法制造衍射光學(xué)元件8。
其次，在衍射光學(xué)元件34和衍射光學(xué)元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如圖20所示，使衍射光柵相互對置地進(jìn)行組合制成層疊型衍射光學(xué)元件40。39是決定衍射光學(xué)元件34和衍射光學(xué)元件8的間隔的隔片。衍射光學(xué)元件34和衍射光學(xué)元件8的各光柵間距都是80.00μm。衍射光學(xué)元件34和衍射光學(xué)元件8的相互的衍射光柵的谷間間隔為9.60μm，峰間間隔為1.50μm。衍射光學(xué)元件34的峰的高度為2.64μm，衍射光學(xué)元件8的峰的高度為5.46μm。
圖21是表示在制成的層疊型衍射光學(xué)元件40中，入射角度0°的一級衍射光的各波長(400nm～700nm)的強(qiáng)度的曲線圖。橫軸表示波長，縱軸表示衍射效率。在圖21中，層疊型衍射光學(xué)元件40的衍射效率在使用波長的全部區(qū)域的波長400nm～700nm的范圍內(nèi)達(dá)到95％以上，可以說表示了非常良好的強(qiáng)度的波長分布。
又，圖22是表示當(dāng)改變到層疊型衍射光學(xué)元件40的入射角度時，在各入射角度上的次級衍射光的強(qiáng)度降低比例的曲線圖。橫軸表示入射角，縱軸表示光的損失率。在圖22中，入射角越大損失率越高，但是在入射角10°的光損失率為3.24％，在3.40％以下。因此這個值表示非常良好的特性，我們能夠說層疊型衍射光學(xué)元件40使光線充分集中在特定級數(shù)上。
(實(shí)施例5)下面，我們參照圖23A～23C、圖3A～3C、圖24、圖25、圖26，說明實(shí)施例5中的層疊型衍射光學(xué)元件的構(gòu)成及其制造方法。首先，加入添加了1％光開始劑1-羥基-環(huán)己-苯-酮的甲基丙烯酸甲基制成光學(xué)原料42。其次，如圖23A所示，將光學(xué)原料42供給加工成衍射光柵形狀的金屬模具41。其次，如圖23B所示，將玻璃(BK7)平板43放在光學(xué)原料42上，用UV曝光機(jī)(EX250HOYA-SCHOTT公司制造)以3000mJ/cm2(100mW/cm2，30秒)進(jìn)行照射。此后，如圖23C所示，使硬化了的光學(xué)元件42’脫離金屬模具41制成圖23D所示的衍射光學(xué)元件44。此后，如圖23E所示，在真空度2×10-4Pa中在光學(xué)元件42’上作為光學(xué)材料形成4μm的TiO2膜45。其次如圖23F所示，通過研磨TiO2膜45的表面，形成1條牛頓線以下的平面。此后，如圖23G所示，將涂敷了硅烷粘合劑的玻璃平板46粘合在TiO2膜45上。此后，如圖23H所示，通過加入甲基·異丁基甲酮溶媒使硬化的PMMA溶解，制成如圖23I所示的由TiO2構(gòu)成的衍射光柵形狀47。作為這時的光學(xué)材料的TiO2的光學(xué)特性為(nd＝2.226，νd＝12.6)。
另一方面，作為用于形成另一個光學(xué)元件的光學(xué)材料，與實(shí)施例1同樣地準(zhǔn)備光學(xué)特性為(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化樹脂6。用與圖3A～3C所示的實(shí)施例1同樣的方法制造衍射光學(xué)元件8。
其次，在衍射光學(xué)元件47和衍射光學(xué)元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如圖24所示，使衍射光柵相互對置地進(jìn)行組合制成層疊型衍射光學(xué)元件50。49是決定衍射光學(xué)元件47和衍射光學(xué)元件8的間隔的隔片。衍射光學(xué)元件47和衍射光學(xué)元件8的各光柵間距都是80.00μm。衍射光學(xué)元件47和衍射光學(xué)元件8的相互的衍射光柵的谷間間隔為7.80μm，峰間間隔為1.50μm。衍射光學(xué)元件47的峰的高度為1.48μm，衍射光學(xué)元件8的峰的高度為4.82μm。
圖25是表示在制成的層疊型衍射光學(xué)元件50中，入射角度0°的一級衍射光的各波長(400nm～700nm)的強(qiáng)度的曲線圖。橫軸表示波長，縱軸表示衍射效率。在圖25中，層疊型衍射光學(xué)元件50的衍射效率在使用波長的全部區(qū)域的波長400nm～700nm的范圍內(nèi)達(dá)到95％以上，可以說表示了非常良好的強(qiáng)度的波長分布。
又，圖26是表示當(dāng)改變到層疊型衍射光學(xué)元件50的入射角度時，在各入射角度上的次級衍射光的強(qiáng)度降低比例的曲線圖。橫軸表示入射角，縱軸表示光的損失率。在圖26中，入射角越大損失率越高，但是在入射角10°的光損失率為3.06％，在3.40％以下。因此這個值表示非常良好的特性，我們能夠說層疊型衍射光學(xué)元件50使光線充分集中在特定級數(shù)上。
(實(shí)施例6)下面，我們參照圖27A～27C、圖3A～3C、圖28、圖29、圖30，說明實(shí)施例6中的層疊型衍射光學(xué)元件的構(gòu)成及其制造方法。首先，加入添加了1％光開始劑1-羥基-環(huán)己-苯-酮的甲基丙烯酸甲基制成光學(xué)原料52。其次，如圖27A所示，將光學(xué)原料52供給加工成衍射光柵形狀的金屬模具51。其次，如圖27B所示，將玻璃(BK7)平板53放在光學(xué)原料52上，用UV曝光機(jī)(EX250HOYA-SCHOTT公司制造)以3000mJ/cm2(100mW/cm2，30秒)進(jìn)行照射。此后，如圖27C所示，使硬化了的光學(xué)元件52′脫離金屬模具51制成圖27D所示的衍射光學(xué)元件54。此后，如圖27E所示，在真空度2×10-4Pa中在光學(xué)元件52′上作為光學(xué)材料形成4μm的TiO2膜55。其次如圖27F所示，通過研磨Nb2O3膜55的表面，形成1條牛頓線以下的平面。此后，如圖27G所示，將涂敷了硅烷粘合劑的玻璃平板56粘合在Nb2O3膜55上。此后，如圖27H所示，通過加入甲基·異丁基甲酮溶媒使硬化的PMMA溶解，制成如圖27I所示的由Nb2O3構(gòu)成的衍射光柵形狀57。作為這時的光學(xué)材料的Nb2O3的光學(xué)特性為(nd＝2.367，νd＝14.6)。
另一方面，作為用于形成另一個光學(xué)元件的光學(xué)材料，與實(shí)施例1同樣地準(zhǔn)備光學(xué)特性為(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化樹脂6。用與圖3A～3C所示的實(shí)施例1同樣的方法制造衍射光學(xué)元件8。
其次，在衍射光學(xué)元件57和衍射光學(xué)元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如圖28所示，使衍射光柵相互對置地進(jìn)行組合制成層疊型衍射光學(xué)元件60。59是決定衍射光學(xué)元件57和衍射光學(xué)元件8的間隔的隔片。衍射光學(xué)元件57和衍射光學(xué)元件8的各光柵間距都是80.00μm。衍射光學(xué)元件57和衍射光學(xué)元件8的相互的衍射光柵的谷間間隔為8.81μm，峰間間隔為1.5μm。衍射光學(xué)元件57的峰的高度為1.68μm，衍射光學(xué)元件8的峰的高度為5.63μm。
圖29是表示在制成的層疊型衍射光學(xué)元件60中，入射角度0°的一級衍射光的各波長(400nm～700nm)的強(qiáng)度的曲線圖。橫軸表示波長，縱軸表示衍射效率。在圖29中，層疊型衍射光學(xué)元件60的衍射效率在使用波長的全部區(qū)域的波長400nm～700nm的范圍內(nèi)達(dá)到95％以上，可以說表示了非常良好的強(qiáng)度的波長分布。
又，圖30是表示當(dāng)改變到層疊型衍射光學(xué)元件60的入射角度時，在各入射角度上的次級衍射光的強(qiáng)度降低比例的曲線圖。橫軸表示入射角，縱軸表示光的損失率。在圖30中，入射角越大損失率越高，但是在入射角10°的光損失率為3.15％，在3.40％以下。因此這個值表示非常良好的特性，我們能夠說層疊型衍射光學(xué)元件60使光線充分集中在特定級數(shù)上。
(實(shí)施例7)下面，我們參照圖31A～31C、圖3A～3C、圖32、圖33、圖34，說明實(shí)施例7中的層疊型衍射光學(xué)元件的構(gòu)成及其制造方法。首先，加入添加了1％光開始劑1-羥基-環(huán)己-苯-酮的甲基丙烯酸甲基制成光學(xué)原料62。其次，如圖31A所示，將光學(xué)原料62供給加工成衍射光柵形狀的金屬模具61。其次，如圖31B所示，將玻璃(BK7)平板63放在光學(xué)原料62上，用UV曝光機(jī)(EX250HOYA-SCHOTT公司制造)以3000mJ/cm2(100mW/cm2，30秒)進(jìn)行照射。此后，如圖31C所示，使硬化了的光學(xué)元件62′脫離金屬模具61制成圖31D所示的衍射光學(xué)元件64。此后，如圖31E所示，在真空度2×10-4Pa中在光學(xué)元件62′上作為光學(xué)材料形成4μm的Cr2O5膜65。其次如圖31F所示，通過研磨Cr2O5膜65的表面，形成1條牛頓線以下的平面。此后，如圖31G所示，將涂敷了硅烷粘合劑的玻璃平板66粘合在Cr2O5膜65上。此后，如圖31H所示，通過加入甲基·異丁基甲酮溶媒使硬化的PMMA溶解，制成如圖31I所示的由Cr2O5構(gòu)成的衍射光柵形狀67。作為這時的光學(xué)材料的Cr2O5的光學(xué)特性為(nd＝2.218，νd＝14.2)。
另一方面，作為用于形成另一個光學(xué)元件的光學(xué)材料，與實(shí)施例1同樣地準(zhǔn)備光學(xué)特性為(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化樹脂6。用與圖3A～3C所示的實(shí)施例1同樣的方法制造衍射光學(xué)元件8。
其次，在衍射光學(xué)元件67和衍射光學(xué)元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如圖32所示，使衍射光柵相互對置地進(jìn)行組合制成層疊型衍射光學(xué)元件70。69是決定衍射光學(xué)元件67和衍射光學(xué)元件8的間隔的隔片。衍射光學(xué)元件67和衍射光學(xué)元件8的各光柵間距都是80.00μm。衍射光學(xué)元件67和衍射光學(xué)元件8的相互的衍射光柵的谷間間隔為8.80μm，峰間間隔為1.5μm。衍射光學(xué)元件67的峰的高度為1.70μm，衍射光學(xué)元件8的峰的高度為5.60μm。
圖33是表示在制成的層疊型衍射光學(xué)元件70中，入射角度0°的一級衍射光的各波長(400nm～700nm)的強(qiáng)度的曲線圖。橫軸表示波長，縱軸表示衍射效率。在圖33中，層疊型衍射光學(xué)元件70的衍射效率在使用波長的全部區(qū)域的波長400nm～700nm的范圍內(nèi)達(dá)到95％以上，可以說表示了非常良好的強(qiáng)度的波長分布。
又，圖34是表示當(dāng)改變到層疊型衍射光學(xué)元件70的入射角度時，在各入射角度上的次級衍射光的強(qiáng)度降低比例的曲線圖。橫軸表示入射角，縱軸表示光的損失率。在圖34中，入射角越大損失率越高，但是在入射角10°的光損失率為3.15％，在3.40以下％。因此這個值表示非常良好的特性，我們能夠說層疊型衍射光學(xué)元件70使光線充分集中在特定級數(shù)上。
(實(shí)施例8)下面，我們參照圖35A～35C、圖3A～3C、圖36、圖37、圖38，說明實(shí)施例8中的層疊型衍射光學(xué)元件的構(gòu)成及其制造方法。首先，加入添加了1％光開始劑1-羥基-環(huán)己-苯-酮的甲基丙烯酸甲基制成光學(xué)原料72。其次，如圖35A所示，將光學(xué)原料72供給加工成衍射光柵形狀的金屬模具71。其次，如圖35B所示，將玻璃(BK7)平板73放在光學(xué)原料72上，用UV曝光機(jī)(EX250HOYA-SCHOTT公司制造) 3000mJ/cm2(100mW/cm2，30秒)進(jìn)行照射。此后，如圖35C所示，使硬化了的光學(xué)元件72′脫離金屬模具71制成圖35D所示的衍射光學(xué)元件74。此后，如圖35E所示，在真空度2×10-4Pa中在光學(xué)元件72′上作為光學(xué)材料形成4μm的BaTiO3膜75。其次如圖35F所示，通過研磨BaTiO3膜75的表面，形成1條牛頓線以下的平面。此后，如圖35G所示，將涂敷了硅烷粘合劑的玻璃平板76粘合在BaTiO3膜75上。此后，如圖35H所示，通過加入甲基·異丁基甲酮溶媒使硬化的PMMA溶解，制成如圖35I所示的由BaTiO3膜75構(gòu)成的衍射光柵形狀77。作為這時的光學(xué)材料的BaTiO3的光學(xué)特性為(nd＝2.436，νd＝12.4)。
另一方面，作為用于形成另一個光學(xué)元件的光學(xué)材料，與實(shí)施例1同樣地準(zhǔn)備光學(xué)特性為(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化樹脂6。用與圖3A～3C所示的實(shí)施例1同樣的方法制造衍射光學(xué)元件8。
其次，在衍射光學(xué)元件77和衍射光學(xué)元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如圖36所示，使衍射光柵相互對置地進(jìn)行組合制成層疊型衍射光學(xué)元件80。79是決定衍射光學(xué)元件77和衍射光學(xué)元件8的間隔的隔片。衍射光學(xué)元件77和衍射光學(xué)元件8的各光柵間距都是80.00μm。衍射光學(xué)元件77和衍射光學(xué)元件8的相互的衍射光柵的谷間間隔為6.33μm，峰間間隔為1.5μm。衍射光學(xué)元件77的峰的高度為0.97μm，衍射光學(xué)元件8的峰的高度為3.86μm。
圖37是表示在制成的層疊型衍射光學(xué)元件80中，入射角度0°的一級衍射光的各波長(400nm～700nm)的強(qiáng)度的曲線圖。橫軸表示波長，縱軸表示衍射效率。在圖37中，層疊型衍射光學(xué)元件80的衍射效率在使用波長的全部區(qū)域的波長400nm～700nm的范圍內(nèi)達(dá)到95％以上，可以說表示了非常良好的強(qiáng)度的波長分布。
又，圖38是表示當(dāng)改變到層疊型衍射光學(xué)元件80的入射角度時，在各入射角度上的次級衍射光的強(qiáng)度降低比例的曲線圖。橫軸表示入射角，縱軸表示光的損失率。在圖38中，入射角越大損失率越高，但是在入射角10°的光損失率為3.00％，在3.40以下％。因此這個值表示非常良好的特性，我們能夠說層疊型衍射光學(xué)元件80使光線充分集中在特定級數(shù)上。
(比較例2)
下面，我們參照圖39A～39C、圖3A～3C、圖40、圖41、圖42，說明比較例2中的層疊型衍射光學(xué)元件的構(gòu)成及其制造方法。作為比較例2，在100g以10w％色散平均粒子直徑10nm的TiO2微粒的氟系溶劑中，添加13.8g由下列一般式(1)表示的化合物構(gòu)造的非晶氟樹脂制成光學(xué)原料212。
一般式(1) 其次，如圖39A所示，使光學(xué)原料212流入加工成衍射光柵形狀的金屬模具211。其次，如圖39B所示，通過在70℃加熱光學(xué)原料212的溶劑成分使它的約70％蒸發(fā)。此后，如圖39C所示，將玻璃(BK7)平板213放在光學(xué)原料212上，如圖39D所示，配置在真空室215中，將每個金屬模具211保持在70℃的狀態(tài)在2hPa的真空狀態(tài)保持48小時。此后，如圖39E所示，使硬化了的光學(xué)元件212′脫離金屬模具2111制成衍射光學(xué)元件214。又，形成該光學(xué)元件212′的光學(xué)材料的光學(xué)特性為(nd＝1.589，νd＝15.0)。該光學(xué)特性滿足νd≤16，但是不滿足nd＞-6.667×10-3νd+1.70。
另一方面，作為用于形成另一個光學(xué)元件的光學(xué)材料，與實(shí)施例1同樣地準(zhǔn)備光學(xué)特性為(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化樹脂6。用與圖3A～3C所示的實(shí)施例1同樣的方法制造衍射光學(xué)元件8。
其次，在衍射光學(xué)元件214和衍射光學(xué)元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如圖40所示，使衍射光柵相互對置地進(jìn)行組合制成層疊型衍射光學(xué)元件220。219是決定衍射光學(xué)元件214和衍射光學(xué)元件8的間隔的隔片。衍射光學(xué)元件214和衍射光學(xué)元件8的各光柵間距是80.00μm。衍射光學(xué)元件214和衍射光學(xué)元件8的相互的衍射光柵的谷間間隔為11.49μm，峰間間隔為1.50μm。衍射光學(xué)元件214的峰的高度為4.11μm，衍射光學(xué)元件8的峰的高度為5.87μm。
圖41是表示在制成的層疊型衍射光學(xué)元件220中，入射角度0°的一級衍射光的各波長(400nm～700nm)的強(qiáng)度的曲線圖。橫軸表示波長，縱軸表示衍射效率。在圖41中，層疊型衍射光學(xué)元件220的衍射效率在使用波長的全部區(qū)域的波長400nm～700nm的范圍內(nèi)達(dá)到95％以上，可以說表示了非常良好的強(qiáng)度的波長分布。
但是，圖42是表示當(dāng)改變到層疊型衍射光學(xué)元件220的入射角度時，在各入射角度上的次級衍射光的強(qiáng)度降低比例的曲線圖。橫軸表示入射角，縱軸表示光的損失率。又為了進(jìn)行比較也一起顯示出實(shí)施例1的圖6的值。在圖42中，入射角越大損失率越高，但是在入射角10°的光損失率為3.48％。這個值在要求的光損失率值3.40％以上。因此我們不能夠說層疊型衍射光學(xué)元件220作為層疊型衍射光學(xué)元件使光線充分集中在特定級數(shù)上。
其次，表1表示上述的實(shí)施例1～8和比較例1～2的入射角10°的光損失率。在表1中條件1是nd＞-6.667×10-3νd+1.70，條件2是νd≤16。因?yàn)閷盈B型衍射光學(xué)元件提出的要求是在入射角10°的光損失率在3.40％以下，所以對是否優(yōu)良的判定由是否在3.40％以下決定。
表1
如從表1可以看到的那樣，在實(shí)施例1～8的光學(xué)材料中，與比較例1～2的光學(xué)元件比較，入射角10°的光損失率小，使光線充分集中在特定級數(shù)上。即，當(dāng)不滿足作為條件1的nd＞-6.667×10- 3νd+1.70和作為條件2的是νd≤16中的至少一個時，不能夠達(dá)到所要的光損失率，不能使光線充分集中在特定級數(shù)上。
又，在本實(shí)施形態(tài)中我們述說了使它們的衍射面對置地配置2層型衍射光學(xué)元件的2層型衍射光學(xué)元件，但是本發(fā)明不限于此，也能夠使用3個以上的衍射光學(xué)元件或?qū)盈B層地配置的層疊型衍射光學(xué)元件。圖43是表示3層的層疊型衍射光學(xué)元件90的一個例子的截面圖。在圖43中，7是玻璃基片，81是第1層，82是第2層，83是第3層。第1層81是由滿足上述的實(shí)施例1～8所示的nd＞-6.667×10-3νd+1.70和νd≤16條件的光學(xué)材料形成的。形成第2層82、第3層83的光學(xué)材料具有它的阿貝數(shù)比形成第1層81的光學(xué)材料的阿貝數(shù)大的值。通過增加衍射光學(xué)元件的層數(shù)，能夠制成具有更復(fù)雜功能的光學(xué)元件。
(第2實(shí)施形態(tài))第2實(shí)施形態(tài)是將上述第1實(shí)施形態(tài)中所示的衍射光學(xué)元件用于投影光學(xué)系統(tǒng)的情形。圖44表示投影光學(xué)系統(tǒng)93。在圖44中，91是光源，92是分光板，98是透鏡鏡筒，94是透鏡，95是本發(fā)明的衍射光學(xué)元件，96是晶片，97是晶片臺。
衍射光學(xué)元件95是為了校正透鏡94的色差而設(shè)置的。由晶片臺97使晶片96處于所要的位置上，通過圖中未畫出的聚焦檢測裝置，將晶片高度調(diào)整在聚焦位置上。這里，與情況相應(yīng)，通過圖中未畫出的檢測系統(tǒng)，使分光板92與晶片上已經(jīng)曝光的下面的的掩模對準(zhǔn)。當(dāng)聚焦和對準(zhǔn)結(jié)束時，打開圖中未畫出的快門，用來自光源91的照明光照射分光板，通過投影光學(xué)系統(tǒng)98將分光板92上的電路圖案透影在晶片96的抗蝕劑上。
經(jīng)過這樣曝光的晶片96經(jīng)過眾所周知所周知的顯影處理工序和刻蝕工序形成多個器件。具有與本發(fā)明有關(guān)的光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)也同樣能夠應(yīng)用于形成圖象用的光學(xué)設(shè)備和照明用的照明裝置等。又，作為本發(fā)明的光學(xué)元件，也能夠使用衍射光學(xué)元件以外的具有所要形狀的光學(xué)元件。
(第3實(shí)施形態(tài))第3實(shí)施形態(tài)是將上述第1實(shí)施形態(tài)中所示的衍射光學(xué)元件用于攝影光學(xué)系統(tǒng)的情形。圖45表示攝影光學(xué)系統(tǒng)。在圖45中，攝影光學(xué)系統(tǒng)108具有至少1個以上的衍射光學(xué)元件105、折射光學(xué)元件103、光圈104的各個元件。圖45表示使入射到攝影光學(xué)系統(tǒng)108的來自物體的光束成象在受光部分(攝象裝置)106上的狀態(tài)。
為了使衍射光學(xué)元件105的設(shè)計(jì)級數(shù)的衍射光與折射光學(xué)元件103合成在特定的波長區(qū)域得到良好的光學(xué)特性，對該衍射光進(jìn)行象差校正。受光部分106由具有不同分光靈敏度的多個受光體構(gòu)成，形成合成來自不同分光靈敏度的受光體的圖象得到彩色圖象的構(gòu)成。又，作為受光部分106通?？梢杂肅CD、銀鹽焦片感光體、以及人的眼睛等。
如果根據(jù)本發(fā)明，則通過d線的折射率(nd)與阿貝數(shù)(νd)的關(guān)系為nd＞-6.667×10-3νd+1.70和阿貝數(shù)(νd)為νd≤16的光學(xué)元件，能夠提供在全部可見區(qū)域中各使用波長區(qū)域的衍射效率高光學(xué)元件。又，能夠使特定級數(shù)(設(shè)計(jì)級數(shù))的光線充分集中在使用波長的全部區(qū)域中，提高衍射級數(shù)的衍射光的強(qiáng)度。又因此，能夠防止設(shè)計(jì)級數(shù)以外的光線與設(shè)計(jì)級數(shù)的光線在不同地方成象發(fā)生光斑光。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)材料，其特征在于滿足下列條件當(dāng)令對d線的折射率為nd、對d線的阿貝數(shù)為νd時，具有nd＞-6.667×10-3νd+1.70；νd≤16。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)材料，其特征在于由TiO2、Nb2O5、Cr2O3、BaTiO3中的至少一種無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)材料，其特征在于含有無機(jī)微粒的聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)材料，其特征在于上述無機(jī)微粒的粒子直徑為2～100nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)材料，其特征在于上述聚合物是聚乙烯咔唑，上述無機(jī)微粒是TiO2微粒、Nb2O5微粒、Cr2O3微粒、BaTiO3微粒中的至少一種。
6.一種光學(xué)元件，由權(quán)利要求1所述的光學(xué)材料構(gòu)成，其特征在于該光學(xué)元件通過硬化反應(yīng)成形為預(yù)定的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)元件，其特征在于一方的表面是具有衍射形狀的衍射面。
8.一種層疊型衍射光學(xué)元件，其特征在于由下列元件構(gòu)成第1衍射光學(xué)元件，其一方的表面是具有衍射形狀的衍射面，且由當(dāng)令對d線的折射率為nd、對d線的阿貝數(shù)為νd時，nd＞-6.667×10-3νd+1.70，νd≤16的光學(xué)材料形成，第2衍射光學(xué)元件，它的阿貝數(shù)比第1衍射光學(xué)元件大，且其一方的表面是具有衍射形狀的衍射面，該衍射面配置成與第1衍射光學(xué)元件的衍射面相互對峙。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的層疊型衍射光學(xué)元件，其特征在于形成上述第1層的光學(xué)材料是由TiO2、Nb2O5、Cr2O3、BaTiO3中的至少一種無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的層疊型衍射光學(xué)元件，其特征在于形成上述第1層的光學(xué)材料是含有無機(jī)微粒的聚合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的層疊型衍射光學(xué)元件，其特征在于上述無機(jī)微粒的粒子直徑為2～100nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的層疊型衍射光學(xué)元件，其特征在于上述聚合物是聚乙烯咔唑，上述無機(jī)微粒是TiO2微粒、Nb2O5微粒、Cr2O3微粒、BaTiO3微粒中的一種。
13.一種攝象光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于由權(quán)利要求8所述的層疊型衍射光學(xué)元件來拍攝預(yù)定的物體。
14.一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于由權(quán)利要求8所述的層疊型衍射光學(xué)元件來將光投射到預(yù)定物體上。
15.一種層疊型衍射光學(xué)元件，至少由2層構(gòu)成，各層由不同的光學(xué)材料形成，其特征在于由下列的層構(gòu)成第1層，其一方的表面是具有衍射形狀的衍射面，且由當(dāng)令對d線的折射率為nd、對d線的阿貝數(shù)為νd時，nd＞-6.667×10-3νd+1.70，νd≤16的第1光學(xué)材料形成；第2層，其層疊在第1層的上層或下層而配置，且其一方的表面是具有衍射形狀的衍射面，并由阿貝數(shù)比形成第1層的光學(xué)元件大的光學(xué)材料形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的層疊型衍射光學(xué)元件，其特征在于形成上述第1層的光學(xué)材料是由TiO2、Nb2O5、Cr2O3、BaTiO3中的至少一種無機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的層疊型衍射光學(xué)元件，其特征在于形成上述第1層的光學(xué)材料是含有無機(jī)微粒的聚合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的層疊型衍射光學(xué)元件，其特征在于上述無機(jī)微粒的粒子直徑為2～100nm。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的層疊型衍射光學(xué)元件，其特征在于上述聚合物是聚乙烯咔唑，上述無機(jī)微粒是TiO2微粒、Nb2O5微粒、Cr2O3微粒、BaTiO3微粒中的一種。
20.一種攝象光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于由權(quán)利要求15所述的層疊型衍射光學(xué)元件來拍攝預(yù)定的物體。
21.一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于由權(quán)利要求15所述的層疊型衍射光學(xué)元件來將光投射到預(yù)定物體上。
全文摘要
本發(fā)明能夠通過用d線的折射率n
文檔編號H01L21/02GK1495440SQ0315570
公開日2004年5月12日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者宇久田秀雄 申請人:佳能株式會社