專利名稱：光學(xué)材料、光學(xué)元件、層疊型衍射光學(xué)元件、光學(xué)系統(tǒng)以及光學(xué)元件的成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透鏡、濾光片、反射鏡、折射型光學(xué)元件等光學(xué)元件中所使用的光學(xué)材料，特別涉及折射率分散較大的光學(xué)材料。此外，還涉及利用上述光學(xué)材料形成的光學(xué)元件以及其成形方法。
背景技術(shù)：
以往，在利用使光線折射的多個透鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)中，通過組合分散特性不同的玻璃材料來減小其色差。例如，在望遠(yuǎn)鏡等的物鏡中，取分散較小的玻璃材料為正透鏡，分散較大的玻璃材料為負(fù)透鏡，通過組合它們可以校正出現(xiàn)在軸上的色差。因此，在透鏡的構(gòu)成、片數(shù)受限制時或者可以使用的玻璃材料受到限制等時，存在不能夠充分地校正色差的情況。
對于利用上述的玻璃材料的組合減小色差的方法，SPIE Vol.1354International Lens Design Conference(1990)等文獻(xiàn)公開了通過在透鏡或者光學(xué)系統(tǒng)的一部分上設(shè)置衍射光柵來減小色差的方法。眾所周知，在光學(xué)系統(tǒng)中，折射面和衍射面相對于某一基準(zhǔn)波長的光線，其色差為相互相反方向。利用該現(xiàn)象來抵消兩者的色差，可以作為整體實(shí)現(xiàn)色差的減少。進(jìn)而，在這樣的衍射光柵元件中，通過連續(xù)地使其衍射光柵的構(gòu)造的周期變化，還可以使之具有與非球面透鏡等價的功能。因而，如果采用具有這樣的衍射光柵的透鏡則可以大幅度地降低色差。
相對于在普通的折射面中一條光線折射后仍然是一條光線，在衍射面一條光線被衍射將會分成各種級數(shù)的多條光線。因此，在作為光學(xué)系統(tǒng)使用衍射光學(xué)元件時，需要確定光柵的構(gòu)造以使被衍射的多條光線中使用波長區(qū)域的光束集中在所設(shè)計的特定級數(shù)上。在光線集中在特定級數(shù)的狀態(tài)下，其以外的級數(shù)的衍射光的強(qiáng)度降低，在強(qiáng)度為0時則達(dá)到了使其衍射光不存在的目的。反之，在存在具有特定級數(shù)以外的級數(shù)的光線時，其光線將成像于不同于特定級數(shù)的光線的另外的位置上而成為散斑光。因而，為了有效地降低色差，需要充分地提高特定級數(shù)的光線的衍射效率。
特開平9-127321號公報、特開平9-127322號公報、特開平11-044808號公報、特開平11-044810號公報等中公開了確定光柵構(gòu)造以使這樣的使用波長區(qū)域的光束集中在所設(shè)計的特定級數(shù)上的構(gòu)成。這些號公報公開的都是通過適當(dāng)?shù)剡x擇具有不同分散的多種材料的各個衍射光柵的厚度，使之在寬波長范圍內(nèi)具有高的衍射效率的構(gòu)成。具體地就是在基板上堆積多種不同的光學(xué)材料，通過在它們的至少一個界面上形成起伏圖案、臺階形狀、奎諾仿等，形成所期望的層疊型衍射光柵元件。
但是，在上述的特開平9-127321號公報、特開平9-127322號公報、特開平11-044808號公報、特開平11-044810號公報中，為了得到在寬波長范圍內(nèi)具有高的衍射效率的構(gòu)成，使用了折射率分散相對低的材料和折射率分散相對高的材料的組合。
具體地，特開平9-127321號公報的情況是分別組合使用了BMS81(nd＝1.64，υd＝60.1大原制造)和塑料光學(xué)材料(nd＝1.58，υd＝35.5帝人化成制造)，特開平9-127322號公報的情況是分別組合使用了LaL14(nd＝1.6968，υd＝55.5大原制造)、丙烯酸樹脂(nd＝1.49，υd＝57.7)、Cytop(nd＝1.34149，υd＝93.8旭玻璃制造)、PC(nd＝1.58，υd＝30.5帝人化成制造)，特開平11-044808號公報以及特開平11-044810號公報的情況中分別組合使用了C001(nd＝1.5250，υd＝50.8大日本墨水制造)、塑料光學(xué)材料PC(nd＝1.58，υd＝30.5帝人化成制造)、PS(nd＝1.5918，υd＝31.1)、PMMA(nd＝1.4917，υd＝57.4)、BMS81(nd＝1.64，υd＝60.1大原制造)等。
但是，在衍射光學(xué)元件等光學(xué)元件中，在其形狀的原因?qū)е鹿獾娜肷浣?視場角)較大時，將產(chǎn)生光線被散開而出現(xiàn)散斑光或者鬼線之類的問題。因此，為了擴(kuò)展視場角，需要使用較以往的光學(xué)材料折射率分散更大的材料進(jìn)行構(gòu)成。作為光學(xué)材料，圖7給出了市場銷售或者正在研究開發(fā)的光學(xué)材料的阿貝數(shù)和折射率曲線?？v軸是折射率(nd)，橫軸是阿貝數(shù)(υd)。其中，在有機(jī)高分子中，眾所周知聚乙烯醇咔唑的阿貝數(shù)為最小的17.3。
特開平10-268116號公報記載了在層疊型衍射光學(xué)元件中使用了聚乙烯醇咔唑的例子。在特開平10-268116號公報中，作為彈性樹脂，表3例舉了聚乙烯醇咔唑。通過在衍射光柵中推壓作為彈性樹脂的聚乙烯醇咔唑，可以以壓著衍射光柵面進(jìn)行一體化的形式形成多層衍射光柵。但是，由于聚乙烯醇咔唑是非常脆的物質(zhì)，故因較小的負(fù)荷就會容易地產(chǎn)生斷裂。因而，如特開平10-268116號公報所記載的那樣，為了使作為彈性樹脂的聚乙烯醇咔唑壓著衍射光柵而成型光學(xué)元件，需要花費(fèi)很多的時間進(jìn)行壓著，在產(chǎn)業(yè)上進(jìn)行實(shí)施非常困難。此外，近年來衍射光柵的形狀變得越來越微細(xì)、復(fù)雜，因此，這將變得更加困難。
另一方面，通過使N-乙烯醇咔唑(υd＝17.8)發(fā)生聚合反應(yīng)可以形成聚乙烯醇咔唑。由于N-乙烯醇咔唑具有流動性，故作為原材料，即使是具有復(fù)雜的衍射光柵構(gòu)造的型的間隙也可以容易地填充進(jìn)去。為此，作為衍射光柵等具有復(fù)雜形狀的光學(xué)元件的光學(xué)材料，可以認(rèn)為使用N-乙烯醇咔唑是有效的方法之一。
但是，雖然通過光聚合N-乙烯醇咔唑可以任意形狀地形成衍射光學(xué)元件等，但由于N-乙烯醇咔唑在室溫就結(jié)晶化，故不能原樣不變地用于一般在室溫下進(jìn)行成型的光柵復(fù)制成形。
即，光柵復(fù)制成形作為以往的光學(xué)元件的成形技術(shù)之一，適用于大面積成形品的成形，且其復(fù)制性優(yōu)異。此外，根據(jù)其成形的容易程度也是適用于大量生產(chǎn)的成形技術(shù)。該光柵復(fù)制成形是在具有所期望的光學(xué)形狀的反轉(zhuǎn)形狀的型成形面上滴定光硬化樹脂，自其上面壓著透鏡毛坯并進(jìn)行推壓擴(kuò)展，形成所期望的形狀，然后照射來自光源的光使光硬化樹脂硬化，進(jìn)而通過離型使之成形。但是，由于光柵復(fù)制成形一般都是在室溫下進(jìn)行成形，故在使用了N-乙烯醇咔唑這樣的在室溫下結(jié)晶化的光學(xué)材料時，在其滴定到室溫的型具上的瞬間以及玻璃等透鏡毛坯的壓著過程中便進(jìn)入了結(jié)晶化，不能得到所期望的光學(xué)元件形狀。
為了抑制在常溫下(通常為22℃～28℃)產(chǎn)生結(jié)晶化的光學(xué)材料的結(jié)晶化，也有人考慮過將型具的溫度升高到超過結(jié)晶化溫度這樣的光柵復(fù)制成形。但是，一般都受到光柵復(fù)制成形的型具的限制。因而，由于加熱了的型具以及光學(xué)元件不能自由地進(jìn)行膨脹而成為了非線性的膨脹，故要控制形狀將變得非常困難。進(jìn)而，在型具具有溫度分布時進(jìn)行控制將變得更加困難。此外，近年來的光學(xué)元件形狀具有自由曲面或光柵形狀等形狀而變得非常復(fù)雜化。所以，要預(yù)料根據(jù)溫度的型具和光學(xué)元件的膨脹地制作型具是很困難的。
此外，N-乙烯醇咔唑粘度低這一點(diǎn)也存在問題。在光柵復(fù)制成形中要滴定光硬化性樹脂。在以往的滴定中，使用一種被稱作為調(diào)合器的定量吐出裝置。通過利用調(diào)合器進(jìn)行定量的滴定來控制成形面的厚度或者面積。如果該滴定量不均勻則不能得到所期望的面積或厚度，此外，還會產(chǎn)生對型具側(cè)面的液體下垂所造成的毛邊。由于N-乙烯醇咔唑在超過融點(diǎn)(65℃附近)的溫度中粘度低達(dá)4mPa·s以下，故滴定量的控制比較困難。此外，如果為了控制粘度而加入增粘劑等其他的化合物則又會對折射率分散產(chǎn)生影響而導(dǎo)致性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之目的在于提供可以在室溫下的成形中抑制光學(xué)材料的結(jié)晶化，可以適當(dāng)?shù)乜刂七m合于復(fù)制成形的滴定量的折射率分散較大的光學(xué)材料。此外，本發(fā)明的目的還在于提供利用該光學(xué)材料成形的衍射光學(xué)元件、層疊型衍射光學(xué)元件、光學(xué)系統(tǒng)以及光學(xué)元件的成形方法。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供了具有如下面的(1)～(10)這樣構(gòu)成的光學(xué)材料、使用了該光學(xué)材料的光學(xué)元件的成形方法、利用該成形方法成形的光學(xué)元件以及具有該光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)。
(1)光學(xué)材料的特征在于在利用光聚合成形光學(xué)元件的光學(xué)材料中，至少包括N-乙烯醇咔唑、聚乙烯醇咔唑、以及光聚合開始劑。
(2)上述(1)所記述的光學(xué)材料，其特征在于上述N-乙烯醇咔唑與上述聚乙烯醇咔唑的比例為N-乙烯醇咔唑/上述聚乙烯醇咔唑＝90/10～70/30的范圍。
(3)光學(xué)元件的成形方法的特征在于向成形型具供給上述(1)或者(2)所記述的光學(xué)材料，在該成形型具的內(nèi)部利用光聚合反應(yīng)使之硬化從而成形光學(xué)元件。
(4)上述(3)所記述的光學(xué)元件的成形方法，其特征在于上述光學(xué)材料的粘度被調(diào)整在50mPa·s以上、5000mPa·s以下的范圍。
(5)上述(3)所記述的光學(xué)元件的成形方法，其特征在于上述光聚合反應(yīng)在22℃～28℃的溫度下進(jìn)行。
(6)光學(xué)元件的特征在于由利用上述(1)或者(2)所記述的光學(xué)材料形成的具有預(yù)定的形狀的光學(xué)構(gòu)件和在其表面上形成該光學(xué)構(gòu)件的基板構(gòu)成。
(7)衍射光學(xué)元件的特征在于上述(6)所記述的光學(xué)元件具有光柵形狀。
(8)層疊型衍射光學(xué)元件的特征在于通過層疊上述(7)所記述的衍射光學(xué)元件和具有與形成上述光學(xué)元件的光學(xué)材料不同的分散的材料構(gòu)成的至少一個的衍射光學(xué)元件來形成。
(9)光學(xué)系統(tǒng)的特征在于具有上述(6)所記述的光學(xué)元件。
(10)上述(9)所記述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述光學(xué)系統(tǒng)是投影光學(xué)系統(tǒng)。
(11)上述(9)所記述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述光學(xué)系統(tǒng)是攝影光學(xué)系統(tǒng)。
通過下面附圖中的相關(guān)圖面，可進(jìn)一步明確本發(fā)明的上述目的以及其他目的。


圖1A～圖1C所示是實(shí)施形態(tài)中的光學(xué)元件的成形方法的原理圖；圖2A～圖2C所示是實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)方法的原理圖；圖3所示是實(shí)施例2中的比較實(shí)驗(yàn)例5的示差熱掃描測量的結(jié)果的曲線圖；圖4A、圖4B所示是實(shí)施例2中的結(jié)晶融解溫度(4A)·結(jié)晶化溫度(4B)的曲線圖；圖5所示是第2實(shí)施形態(tài)中的2層衍射光學(xué)元件的構(gòu)成的原理圖；圖6所示是第2實(shí)施形態(tài)中的2層衍射光學(xué)元件的衍射效率的曲線圖；圖7是第3實(shí)施形態(tài)的投影光學(xué)系統(tǒng)的原理圖；圖8是第4實(shí)施形態(tài)的攝影光學(xué)系統(tǒng)的原理圖；圖9是光學(xué)玻璃、聚合物的折射率、阿貝數(shù)分布的圖。
具體實(shí)施例方式
下面詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。本發(fā)明通過用N-乙烯醇咔唑、聚乙烯醇咔唑(以及光聚合開始劑)構(gòu)成光學(xué)材料，在室溫下的成形中也可以抑制光學(xué)材料的結(jié)晶化，并適當(dāng)?shù)乜刂七m合于光柵復(fù)制成形的滴定量。
N-乙烯醇咔唑是具有大的π電子共軛系統(tǒng)的分子。因此，在分子間產(chǎn)生π-π電子鍵結(jié)合而在室溫下結(jié)晶化。該結(jié)晶化可以通過在N-乙烯醇咔唑中加入聚乙烯醇咔唑進(jìn)行抑制。通過聚乙烯醇咔唑可以阻礙N-乙烯醇咔唑中的π-π電子鍵結(jié)合。
如果是單純地控制N-乙烯醇咔唑的結(jié)晶化的話，也可以使用其他的化合物。但是，N-乙烯醇咔唑是折射率分散非常高的物質(zhì)，如果摻入較N-乙烯醇咔唑折射率分散低的化合物，則化合物整體的折射率分散將下降，不能充分發(fā)揮N-乙烯醇咔唑的特性。聚乙烯醇咔唑具有與N-乙烯醇咔唑大致等同的折射率分散值。因此，可以無化合物整體的折射率分散下降地充分發(fā)揮N-乙烯醇咔唑的特性。此外，由于聚乙烯醇咔唑是N-乙烯醇咔唑聚合體，故可以對成形了的光學(xué)元件的特性完全沒有影響。
此外，聚乙烯醇咔唑溶解于N-乙烯醇咔唑表現(xiàn)出適度的粘度。作為在此使用的光柵復(fù)制成形中的適度的粘度，給出的是50mPa·s以上、5000mPa·s以下的范圍。通過使用該范圍的粘度，可以利用調(diào)合器穩(wěn)定地控制滴定量。如果粘度低于50mPa·s以下則少量的滴定困難，此外還會產(chǎn)生從滴定噴嘴飛濺液體之類的現(xiàn)象。而在粘度超過5000mPa·s以上時，會產(chǎn)生光學(xué)材料從滴定噴嘴滴定時拉絲的現(xiàn)象，不能穩(wěn)定地控制滴定量。
另外，N-乙烯醇咔唑與聚乙烯醇咔唑的比例最好是N-乙烯醇咔唑/上述聚乙烯醇咔唑＝90/10～70/30的范圍。
下面參照圖面具體地說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
第1實(shí)施形態(tài)首先，使用圖1A～圖1C的原理圖對第1實(shí)施形態(tài)的光學(xué)元件的成形方法進(jìn)行其概略說明。如圖1A所示那樣，在被加工成作為期望的光學(xué)形狀的反轉(zhuǎn)形狀的衍射光柵形狀的金屬模具1上供給了作為光學(xué)材料的光硬化樹脂2。此時，金屬模具1可以通過加熱器6進(jìn)行調(diào)溫控制。從其上面壓著透鏡毛坯3并如圖1B所示的那樣，推壓擴(kuò)展光硬化樹脂2，形成所期望的形狀，然后照射來自光源5的光使光硬化樹脂2硬化。此后，如圖1C所示的那樣，從金屬模具1上離型硬化了的光硬化樹脂2，成形了衍射光學(xué)元件4。這里，雖然本實(shí)施形態(tài)是關(guān)于具有光柵形狀的衍射光學(xué)元件進(jìn)行的說明，但本實(shí)施形態(tài)并非僅限于此，只要是具有微細(xì)形狀或自由曲面等期望的形狀的光學(xué)元件，全部都可以適用。
作為前述的光學(xué)材料，為了驗(yàn)證N-乙烯醇咔唑和聚乙烯醇咔唑(光聚合開始劑)的混合物是有效的，實(shí)施了下面的實(shí)驗(yàn)。
實(shí)施例1在實(shí)施例1中，混合N-乙烯醇咔唑(東京化成工業(yè)股份有限公司制)7.9g、聚乙烯醇咔唑(阿庫勞斯公司制)1.0g以及作為光聚合開始劑歐加固化劑(イルガキュア)184(チバスペシャリティ·クミカル制)0.1g，在80℃下加熱2小時進(jìn)行了溶解后，進(jìn)行充分?jǐn)嚢枳鞒闪斯庥不瘶渲?2。圖2A～圖2C給出了實(shí)施例1的光學(xué)元件的成形方法。在圖2A～圖2C中，與圖1A～圖1C相同的構(gòu)件上附加了同樣的符號。圖2A～圖2C與圖1A～圖1C不同的是，為了容易地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，代替被加工成了衍射光柵形狀的金屬模具1使用了平面狀的金屬模具11。因而，在成形了的光硬化樹脂上沒有成形光柵形狀。此時的光硬化樹脂12的粘度是71.8mPa·s(80℃)。
然后，使用調(diào)合器分別將約0.04g的按80℃保溫的前述的光硬化樹脂12吐出到25℃(實(shí)驗(yàn)例1)、30℃(實(shí)驗(yàn)例2)、40℃(實(shí)驗(yàn)例3)、50℃(實(shí)驗(yàn)例4)的平面狀的金屬模具11上。
金屬模具溫度由加熱器6進(jìn)行調(diào)溫控制，控制在±1.0℃以內(nèi)。在吐出到金屬模具11上的狀態(tài)下，哪一個實(shí)驗(yàn)例的光硬化樹脂12都沒有產(chǎn)生結(jié)晶化。因此，在金屬模具11上隔置50μm的隔墊(沒有圖示)，在光學(xué)材料12上載置被保溫在與各個金屬模具溫度相同的溫度上的透鏡毛坯3，將光學(xué)材料12填充在透鏡毛坯3和金屬模具11之間。進(jìn)而，從透鏡毛坯3的方向按40mW照射300s中心波長為365nm的紫外線，使光學(xué)材料12硬化。從金屬模具11上離型上述硬化物便得到了光學(xué)元件14。
此外，還用同樣的方法實(shí)施了比較例1的實(shí)驗(yàn)。
(比較例1)在比較例1中，混合N-乙烯醇咔唑(東京化成工業(yè)股份有限公司制)9.9g和作為光聚合開始劑歐加固化劑(イルガキュア)184(チバスペシャリティ·ケミカル制)0.1g，在80℃下加熱2小時進(jìn)行了溶解后，進(jìn)行充分?jǐn)嚢枳鞒闪斯庥不瘶渲?2。
然后，使用調(diào)合器分別將約0.04g的按80℃保溫的前述的光硬化樹脂12吐出到25 ℃(實(shí)驗(yàn)例1)、30℃(實(shí)驗(yàn)例2)、40℃(實(shí)驗(yàn)例3)、50℃(實(shí)驗(yàn)例4)的平面狀的金屬模具11上。此時的光硬化樹脂12的粘度是3.8mPa·s(80℃)。
金屬模具溫度由加熱器6進(jìn)行調(diào)溫控制，控制在±1.0℃以內(nèi)。在吐出到金屬模具11上的瞬間，25℃的光學(xué)材料(比較實(shí)驗(yàn)例1)、30℃的光學(xué)材料(比較實(shí)驗(yàn)例2)因產(chǎn)生結(jié)晶化而沒有能夠成形。此外，因40℃的光學(xué)材料(比較實(shí)驗(yàn)例3)、50℃的光學(xué)材料(比較實(shí)驗(yàn)例4)沒有產(chǎn)生結(jié)晶化，故在金屬模具11上隔置50μm的隔墊，在光學(xué)材料12上載置被保溫在與各個金屬模具溫度相同的溫度上的透鏡毛坯3，將光學(xué)材料12填充在了透鏡毛坯3和金屬模具11之間。進(jìn)而，從透鏡毛坯3的方向按40mW照射300s中心波長為365nm的紫外線使之硬化。從金屬模具11上離型上述硬化物便得到了比較例的光學(xué)元件14。
上述的實(shí)驗(yàn)例1～4、比較實(shí)驗(yàn)例1～4的結(jié)果示于表1。
表1


如由表1可知的那樣，實(shí)施例1的由N-乙烯醇咔唑、聚乙烯醇咔唑和(光聚合開始劑)的混合物構(gòu)成的光學(xué)材料在金屬模具溫度是25℃～50℃時，可以成形良好的光學(xué)元件。此外，比較實(shí)驗(yàn)例1的由N-乙烯醇咔唑(和光聚合開始劑的混合物)構(gòu)成的光學(xué)材料在金屬模具溫度是40℃～50℃時，可以成形良好的光學(xué)元件。但是，如果金屬模具溫度是30℃以下，則因在吐出到金屬模具上的時刻就產(chǎn)生了結(jié)晶化并硬化，所以，不能成形所期望的形狀。
為了驗(yàn)證作為光學(xué)材料的N-乙烯醇咔唑、聚乙烯醇咔唑和光聚合開始劑的混合物各自的混合比的效果，我們實(shí)施了下面的實(shí)驗(yàn)。
實(shí)施例2在實(shí)施例2中，按表2所示的比例混合N-乙烯醇咔唑(東京化成工業(yè)股份有限公司制)、聚乙烯醇咔唑(阿庫勞斯公司制)以及作為光聚合開始劑歐加固化劑(イルガキュア)184(チバスペシャリテイ·ケミカル制)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)例5～9)。實(shí)驗(yàn)的方法與前述的實(shí)施例1完全相同。在80℃下加熱2小時進(jìn)行了溶解后，進(jìn)行充分?jǐn)嚢枳鞒闪吮緦?shí)施例的各光學(xué)材料。這里，為了進(jìn)行比較，也實(shí)施了按表2所示的比例進(jìn)行了混合的比較實(shí)驗(yàn)例5。此外，用表3給出了實(shí)驗(yàn)例5～9以及比較實(shí)驗(yàn)例的光學(xué)材料的粘度。
表2


表3


然后，使用調(diào)合器將約0.04g的按80℃保溫的前述的光學(xué)材料吐出到了室溫(23℃)的平面狀的金屬模具11上。由于關(guān)于實(shí)驗(yàn)例8、9不能使用調(diào)合器進(jìn)行滴定，故使用刮勺在金屬模具上滴定了適當(dāng)?shù)牧俊＝饘倌＞邷囟韧ㄟ^調(diào)溫控制被控制在±1.0℃以內(nèi)。比較實(shí)驗(yàn)例5的材料雖然也稍微有些結(jié)晶化，但還沒有達(dá)到不能進(jìn)行成形的程度。此外，關(guān)于其他的實(shí)驗(yàn)例6～9，因?yàn)闆]有產(chǎn)生結(jié)晶化，故在金屬模具上隔置50μm的隔墊，在光學(xué)材料上載置被保溫在與各個金屬模具溫度相同的溫度上的透鏡毛坯3，將光學(xué)材料填充在了透鏡毛坯3和金屬模具11之間。進(jìn)而，從透鏡毛坯3的方向按40mW照射300s中心波長為365nm的紫外線進(jìn)行了硬化。從金屬模具11上離型上述硬化物便得到了光學(xué)元件14。
實(shí)施例5～實(shí)驗(yàn)例7的由N-乙烯醇咔唑、聚乙烯醇咔唑和(光聚合開始劑)的混合物構(gòu)成的光學(xué)材料可以成形良好的光學(xué)元件。此外，實(shí)驗(yàn)例8、實(shí)驗(yàn)例9雖然也可以成形良好的光學(xué)元件，但因?yàn)樵诮饘倌＞呱贤鲁龉鈱W(xué)材料時不能使用調(diào)合器，故如果從批量生產(chǎn)的角度考慮，在產(chǎn)業(yè)上進(jìn)行實(shí)施比較困難。另外，比較實(shí)驗(yàn)例1的由N-乙烯醇咔唑(和光聚合開始劑的混合物)構(gòu)成的光學(xué)材料因在吐出到金屬模具上的時刻就產(chǎn)生了結(jié)晶化并硬化，所以，沒能成形所期望的形狀。
進(jìn)而，對比較實(shí)驗(yàn)例5的光學(xué)材料進(jìn)行了示差掃描熱量測量，其結(jié)果示于圖3。圖3中，橫軸是溫度，縱軸是熱量。如圖3所示的那樣，比較實(shí)驗(yàn)例5的結(jié)晶融解溫度約為66℃，結(jié)晶化溫度約為24℃。即由此可知，比較實(shí)驗(yàn)例5所示的光學(xué)材料在作為常溫(22℃～28℃)的約24℃下就已經(jīng)結(jié)晶化了。
此外，對各實(shí)驗(yàn)例5～9也進(jìn)行了與比較實(shí)驗(yàn)例5同樣的示差掃描熱量測量，根據(jù)它們的結(jié)果，分別用圖4A給出了結(jié)晶融解溫度，用圖4B給出了結(jié)晶化溫度。但是，實(shí)驗(yàn)例7沒能觀測到結(jié)晶化的峰值，此外，關(guān)于實(shí)驗(yàn)例8、9，結(jié)晶化、融解也沒能觀測到峰值。如根據(jù)圖4A、圖4B可知的那樣，越是增加對應(yīng)N-乙烯醇咔唑的聚乙烯醇咔唑量，則結(jié)晶融解溫度以及結(jié)晶化溫度越是下降。如由圖4B可知的那樣，實(shí)施例5的結(jié)晶化溫度約為20℃，實(shí)施例6的結(jié)晶化溫度約為14℃。
因而，作為光學(xué)材料，N-乙烯醇咔唑/聚乙烯醇咔唑的值取為約90/10～70/30的范圍最為合適。
此外，作為上述光學(xué)材料的粘度，將之調(diào)整在50mPa·s以上、5000mPa·s以下的范圍最為合適。
第2實(shí)施形態(tài)使用圖5對本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)中的衍射光學(xué)元件的構(gòu)成進(jìn)行說明。圖5中，24、34是具有衍射構(gòu)造的衍射光學(xué)元件。在光學(xué)元件22、32上利用光學(xué)材料22、32形成了衍射光柵形狀。各衍射光柵形狀被設(shè)計為使400nm到700nm的波長區(qū)域的光束集中到設(shè)計級數(shù)上，各個光柵間的間隙是80μm。在光學(xué)材料22中使用前述第1實(shí)施形態(tài)中的由N-乙烯醇咔唑、聚乙烯醇咔唑和(光聚合開始劑)的混合物構(gòu)成的光學(xué)材料，光柵高度是3.91μm。此外，在光學(xué)元件32上使用作為光硬化性樹脂的GRANDIC RC-8922(大日本墨水化學(xué)工業(yè)制)，光柵高度是6.45μm。23、33是透鏡毛坯。衍射光學(xué)元件24、34通過進(jìn)行組合，使相互的衍射光柵中介于隔墊40對向，形成2層衍射光學(xué)元件50。在2層衍射光學(xué)元件50的透鏡毛坯23、33的表面上，成膜有防反射膜25、35。
衍射光學(xué)元件24、34利用與給出了上述的第1實(shí)施形態(tài)的圖1A～圖1C同樣的方法進(jìn)行了光柵復(fù)制成形。成形后，在與光柵復(fù)制成形面相反面的透鏡毛坯側(cè)，成膜有用于加大在使用波長區(qū)域的光線透過率(衍射效率)的防反射膜25、35。在成膜防反射膜25、35后，相向重合這些各衍射光學(xué)元件24、34的光柵復(fù)制成形面，使之對稱地重合光柵前端的位置，平行地貼合了衍射光學(xué)元件24、34使之達(dá)到1.5μm的間隔。采用這樣的做法成形了2層衍射光學(xué)元件50。這里，本實(shí)施形態(tài)是對具有光柵形狀的衍射光學(xué)元件進(jìn)行的說明，但本實(shí)施形態(tài)并非僅限于此，只要是具有微細(xì)形狀或自由曲面等期望的形狀的光學(xué)元件，全部都可以適用。
實(shí)施例3在實(shí)施例3中，混合N-乙烯醇咔唑(東京化成工業(yè)股份有限公司制)7.9g、聚乙烯醇咔唑(阿庫勞斯公司制)1.0g以及作為光聚合開始劑歐加固化劑(イルガキュア)184(チバスベシャリテイ·ケミカル制)0.1g，在80℃下加熱2小時進(jìn)行了溶解后，進(jìn)行充分?jǐn)嚢枳鞒闪斯庥不瘶渲?2。然后，使用調(diào)合器將約0.04g按80℃保溫的光學(xué)材料22吐出到室溫的金屬模具上。金屬模具溫度通過調(diào)溫控制被控制在±1.0℃以內(nèi)。因?yàn)闆]有產(chǎn)生結(jié)晶化，故在光學(xué)材料上慢慢地使室溫的透鏡毛坯23接觸了液體后，緩慢地進(jìn)行壓著并不使氣泡進(jìn)入地進(jìn)行推壓擴(kuò)展，使光學(xué)材料22填充在了透鏡毛坯23和金屬模具之間。進(jìn)而，從玻璃板方向按40mW照射300s中心波長為365nm的紫外線進(jìn)行了硬化。從金屬模具上離型上述硬化物便得到了本實(shí)施例3的光學(xué)元件50。
同樣地將GRANDIC RC-8922作為光學(xué)材料32，同樣地使用金屬模具使光學(xué)元件24接觸液體、壓著、填充后，從透鏡毛坯33方向按40mW照射250s中心波長為365nm的紫外線使之硬化，從金屬模具上離型，得到了光學(xué)元件34。在光學(xué)元件24、34上設(shè)置防反射膜，平行地貼合光學(xué)元件24和光學(xué)元件34，成形了2層衍射光學(xué)元件50。
圖6給出了本實(shí)施例的衍射光學(xué)元件50的衍射效率測量結(jié)果。圖6中，橫軸是波長，縱軸是此時的衍射效率。如由圖6可知的那樣，衍射光學(xué)元件50在作為光學(xué)元件有效的波長400nm～700nm內(nèi)，可以成為衍射效率達(dá)到95％以上的具有非常高的衍射效率的衍射光學(xué)元件。
第3實(shí)施形態(tài)第3實(shí)施形態(tài)是在投影光學(xué)系統(tǒng)中使用通過前述的第1、第2實(shí)施形態(tài)給出的衍射光學(xué)元件的形態(tài)。投影光學(xué)系統(tǒng)示于圖7。圖7中，71是光源，72是標(biāo)線片，73是投影光學(xué)系統(tǒng)78的透鏡鏡筒，74是透鏡，75是本發(fā)明的衍射光學(xué)元件，76是晶片，77是晶片載置臺。
衍射光學(xué)元件75設(shè)置的目的是用于校正透鏡74的色差。利用晶片載置臺77將晶片76確定在期望的位置上，利用沒有圖示的聚焦檢測裝置，將晶片高度調(diào)整到聚焦位置。這里，對應(yīng)情況利用沒有圖示的檢測系統(tǒng)對已經(jīng)被進(jìn)行了曝光的晶片下的涂層的標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)線片對準(zhǔn)。在完成了聚焦和對準(zhǔn)時，打開沒有圖示的快門，利用來自光源71的照明光照明標(biāo)線片，利用投影光學(xué)系統(tǒng)78將標(biāo)線片72上的電路圖案投影曝光在晶片76的刻蝕劑上。
這樣進(jìn)行了曝光的晶片76中介于眾所周知的顯像處理工序或刻蝕工序等成為了多個器件。具有涉及本發(fā)明的光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)也可以同樣地適用于圖像形成用的光學(xué)機(jī)器或照明用的照明裝置等。此外，作為本發(fā)明的光學(xué)元件，除了衍射光學(xué)元件以外，還可以使用具有所期望的形狀的光學(xué)元件。
第4實(shí)施形態(tài)第4實(shí)施形態(tài)是在攝影光學(xué)系統(tǒng)中使用通過前述的第1、第2實(shí)施形態(tài)給出的衍射光學(xué)元件的形態(tài)。攝影光學(xué)系統(tǒng)示于圖8。圖8中，攝影光學(xué)系統(tǒng)88分別具有至少一個以上的衍射光學(xué)元件85、折射光學(xué)元件83、光闌84。圖8中給出了來自入射到攝影光學(xué)系統(tǒng)88的物體的光束成像在感光部(攝像裝置)86上的狀態(tài)。
衍射光學(xué)元件85的設(shè)計級數(shù)的衍射光經(jīng)過像差校正，可以通過與折射光學(xué)元件83的合成在特定的波長區(qū)域得到良好的光學(xué)性能。感光部86由具有不同的分光靈敏度的多個感光體構(gòu)成，是一種可以通過合成來自分光靈敏度不同的感光體的圖像得到彩色圖像的構(gòu)成。這里，作為感光部86，通?？梢允褂肅CD、銀鹽膠片、感光體以及人眼等。
如上述說明過的這樣，根據(jù)本發(fā)明，通過使用至少由N-乙烯醇咔唑和聚乙烯醇咔唑以及光聚合開始劑構(gòu)成的光學(xué)材料，即使在室溫下的成形中也可以抑制光學(xué)材料的結(jié)晶化，適當(dāng)?shù)乜刂七m合于光柵復(fù)制成形的滴定量。
此外，通過將N-乙烯醇咔唑和聚乙烯醇咔唑的比例取為N-乙烯醇咔唑/上述聚乙烯醇咔唑＝90/10～70/30，可以做成更適合于室溫下的光柵復(fù)制成形的光學(xué)材料。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)材料，利用光聚合來成形光學(xué)元件，其特征在于包括·N-乙烯醇咔唑；·聚乙烯醇咔唑；·光聚合開始劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的光學(xué)材料，其特征在于上述N-乙烯醇咔唑與上述聚乙烯醇咔唑的比例為N-乙烯醇咔唑/上述聚乙烯醇咔唑＝90/10～70/30的范圍。
3.一種光學(xué)元件的成形方法，其特征在于包括以下工序·向成形型具提供權(quán)利要求1所記述的光學(xué)材料；·在該光學(xué)材料上配置基板；·在該成形型具和該基板的內(nèi)部利用光聚合反應(yīng)來使該光學(xué)材料硬化并與該基板一體化；·使該一體化了的該光學(xué)材料和該基板從成形型具上分開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所記述光學(xué)元件的成形方法，其特征在于上述光學(xué)材料的粘度被預(yù)先調(diào)整在50mPa·s以上、5000mPa·s以下的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所記述光學(xué)元件的成形方法，其特征在于上述光聚合反應(yīng)在22℃～28℃的溫度下進(jìn)行。
6.一種光學(xué)元件，其特征在于具有以下構(gòu)成·利用上述權(quán)利要求1所記述的光學(xué)材料形成的具有預(yù)定的形狀的光學(xué)構(gòu)件；·在其表面上形成了該光學(xué)構(gòu)件的基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所記述光學(xué)元件，其特征在于利用該光學(xué)材料形成的預(yù)定的形狀是光柵形狀。
8.一種層疊型衍射光學(xué)元件，其特征在于具有以下構(gòu)成·第1衍射光學(xué)元件，包括利用上述權(quán)利要求1所記述的光學(xué)材料形成的具有衍射形狀的光學(xué)構(gòu)件和在其表面上形成了該光學(xué)構(gòu)件的基板；·第2衍射光學(xué)元件，包括由與形成第1衍射光學(xué)元件的光學(xué)材料不同的分散的材料構(gòu)成的具有衍射形狀的光學(xué)構(gòu)件和在其表面上形成了該光學(xué)構(gòu)件的基板；·第2衍射光學(xué)元件是與該第1衍射光學(xué)元件層疊后固定。
9.一種光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于具有權(quán)利要求7所記述的光學(xué)元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所記述光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于該光學(xué)系統(tǒng)是投影光學(xué)系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所記述光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于該光學(xué)系統(tǒng)是攝影光學(xué)系統(tǒng)。
全文摘要
提供一種光學(xué)元件，具有衍射形狀等，通過使用至少由N－乙烯醇咔唑和聚乙烯醇咔唑以及光聚合開始劑構(gòu)成的光學(xué)材料，可以在室溫下的成形中抑制光學(xué)材料的結(jié)晶化，適當(dāng)?shù)乜刂七m合于光柵復(fù)制成形的滴定量。此外，通過將N－乙烯醇咔唑和聚乙烯醇咔唑的比例取為N－乙烯醇咔唑/上述聚乙烯醇咔唑＝90/10～70/30，可以做成更適合于室溫下的光柵復(fù)制成形的光學(xué)材料。
文檔編號G02B1/04GK1451531SQ0311064
公開日2003年10月29日 申請日期2003年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月18日
發(fā)明者大金政信 申請人:佳能株式會社