CN100514091C - 光学元件 - Google Patents

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Abstract

(a)中的树脂层2和树脂层3的联合的完全垂直的倒置就是(b)。因此，(a)和(b)具有相同的光学特性。在树脂层2和树脂层3之间，夹在基片1和最上树脂层之间的树脂层(亦即(a)中的树脂层2和(b)中的树脂层3)并不使其表面直接接触外部空气，但是最上树脂层(亦即(a)中树脂层3和(b)中的树脂层2)使其表面接触外部空气。因此，在环境耐久性方面比较树脂层2中的树脂和树脂层3中的树脂之后，如果树脂层2中的树脂的环境耐久性优于树脂层3中的树脂的环境耐久性，则可以采用(b)中显示的构造，而如果树脂层3中的树脂的环境耐久性优于树脂层2中的树脂的环境耐久性，那么就可以采用(a)中显示的构造。

Description

光学元件
技术领域
本发明涉及诸如衍射透镜之类的光学元件，其通过在基体材料上层压两层或更多层的树脂而具有特定的光学特性。
背景技术
下述光学元件是公知的：其中，在诸如玻璃之类的基体材料表面上形成折射率不同于该基体材料的树脂层，并且使该基体材料和树脂层之间的界面形成为特殊的形状，这样作为一个整体提供诸如衍射透镜之类的光学元件的特性。然而，在这样的光学元件中，必须加工诸如玻璃之类的基体材料的表面，因此会遇到需要费力加工玻璃的问题。
作为解决这样的问题的光学元件，下述光学元件是可用的：其中，在诸如玻璃之类的基体材料表面上形成具有特定表面形状构图的第一树脂层，在该第一树脂层之上形成折射率不同于第一层中的树脂的第二树脂层，并且通过利用这些树脂之间的光的干涉和折射来获得特定的光学特性。在图6中显示了这个例子。图6是剖面图；剖面线被省略，因为剖面线会使得附图有点难以理解。
在图6中，经由硅烷连接处理层在组成基体材料的由玻璃等组成的透明基片11上形成第一树脂层12。进而，在树脂层12的表面上形成构图，以便提供衍射透镜等的光学特性。在树脂层12上进一步形成硅烷连接处理层，并且在该硅烷连接处理层上形成折射率不同于第一树脂层12的第二树脂层13。此外，通过第一树脂层12和第二树脂层13之间的折射率差异以及两层之间形成的构图的形状，提供了特定的光学特性。进而，硅烷连接处理层的形成不是必需的。
图6是由组成基体材料的透明基片11以及两个树脂层12和13组成的元件；然而，根据需要也可以在树脂层13之上提供层之间折射率不同的单个或多个树脂层。例如在日本专利申请Kokai No.H9-127321中就描述了这样的光学元件的例子。
在通过用这种方式在基体材料上叠加多个树脂层来形成光学元件的情况下，用和在基体材料上形成单个树脂层同样的概念来设计这样的光学元件。因为通常用作基体材料的玻璃的折射率大于树脂的折射率，所以在用同样的概念进行设计的情况下，设计是这样的，以致于在两层树脂之间，在基体材料一侧提供具有较高折射率的一个，而具有较小折射率的一个则暴露于外部空气，所以这不是考虑环境耐久性的设计。因此，存在下述情况：其中，形成为最上层(亦即与基体材料相对一侧的表面)并暴露于外部空气的树脂层被刮擦，或者，抗反射膜的粘附很差。
另外，当用铸模来树脂模制衍射光学表面时，为了改善铸模和模制树脂的剥离特性，可以在衍射光学表面的阶梯结构部分形成被称作“拔模斜度”的梯度。在这种情况下，上述发明同样具有下述问题：在拔模斜度部分生成了杂散光。
发明内容
根据这样的境况设计本发明，并且本发明的第一目的是提供一种光学元件，其通过在基体材料上叠加多个树脂层形成，并且具有良好的环境耐久性。进而，第二目的是提供一种衍射光学元件，其不趋于在具有拔模斜度的衍射光学表面中生成杂散光。
用于实现上述第一目的的第一发明是一种光学元件，其通过下述步骤被设计以具有希望的光学特性；在基体材料上形成第一树脂层；在该第一树脂层上形成折射率不同于第一树脂层的第二树脂层；根据需要在该第二树脂层上进一步以连续的方式形成每个折射率和在下面形成的树脂层不同的树脂层；以及在树脂层之间的界面处提供特定的形状，其中，在形成树脂层的树脂之中，组成最上表面上形成的树脂层的树脂在环境耐久性方面是最好的。
由于和诸如玻璃之类的基体材料相比树脂易于加工，所以在(例如)叠加两层树脂，并且通过界面处的形状提供特定的特性的情况下，通过倒置界面处的形状，而不管使哪个树脂层成为(与基体材料相对一侧的)上层，易于提供同样的特性。
本发明利用了这个事实，并且被设计以便在形成树脂层的树脂之中，组成在(与基体材料相对一侧的)最上表面上形成的树脂层的树脂在环境耐久性方面是最好的。通过这样做，由于直接接触外部空气的树脂层的表面是在环境耐久性方面为最好的树脂的表面，所以可以使得该光学元件在环境耐久性方面较好。
用于实现上述第一目的的第二发明是第一发明，其中，有助于环境耐久性的性质是树脂的硬度。
通过使用硬度(尤其是铅笔硬度)作为环境耐久性的指标，并且通过使用硬度高的树脂作为组成在最上表面上形成的树脂层的树脂，可以获得树脂表面较少易受刮擦影响的光学元件。
用于实现上述第一目的的第三发明是第一发明，其中，有助于环境耐久性的性质是吸水性造成的尺寸变化率。
通过使用吸水性造成的尺寸变化率作为环境耐久性的指标，并且通过使用该尺寸变化率小的树脂作为组成在最上表面上形成的树脂层的树脂，可以获得具有良好耐湿性的光学元件。
用于实现上述第一目的的第四发明是第一发明，其中，有助于环境耐久性的性质是凝胶分数(gel fraction)。
通过使用凝胶分数(在70℃下沉浸到丁酮中六个小时之前和之后的重量比)作为环境耐久性的指标，并且通过使用具有大凝胶分数的树脂作为组成在最上表面上形成的树脂层的树脂，可以产生树脂的表面较少易受刮擦影响并且耐湿性良好的光学元件。
用于实现上述第一目的的第五发明是第一发明，其中，有助于环境耐久性的性质是玻璃化转变点。
通过使用玻璃化转变点作为环境耐久性的指标，并且通过使用具有高玻璃化转变点的树脂作为组成在最上表面上形成的树脂层的树脂，可以获得甚至能够在高温中使用并且能够忍受温度变化的光学元件。
用于实现上述第一目的的第六发明是第一发明，其中，有助于环境耐久性的性质是线性膨胀系数。
通过使用线性膨胀系数作为环境耐久性的指标，并且通过使用具有小线性膨胀系数的树脂作为组成在最上表面上形成的树脂层的树脂，可以产生能够忍受温度变化的光学元件。
用于实现上述第一目的的第七发明是第一发明，其中，有助于环境耐久性的性质是耐湿性。
通过使用耐湿性作为环境耐久性的指标，并且通过使用具有高耐湿性的树脂作为组成在最上表面上形成的树脂层的树脂，可以获得甚至在诸如高湿度和高水分含量之类的条件下也不趋于受影响的光学元件。
用于实现上述第一目的的第八发明是一种光学元件，其通过下述步骤被设计以具有希望的光学特性：在基体材料上形成第一树脂层；在该第一树脂层上形成折射率不同于第一树脂层的第二树脂层；根据需要在该第二树脂层上进一步以连续的方式形成每个折射率和在下面形成的树脂层不同的树脂层；以及在树脂层之间的界面处提供特定的形状，其中，在形成树脂层的树脂之中，借助于耐光计(carbon fade meter)的耐光性测试中的透射率变化最大的树脂不用在造成光入射一侧的第一树脂层中。
通过暴露于从耐光计生成的紫外线，树脂改变了它的性质，并且透射率下降。然而在本发明中，该树脂并不用在造成光入射一侧的第一树脂层中。因此，当经受紫外光时，防止了对紫外光敏感度高的树脂首先接收紫外光；结果，能够产生能够忍受紫外光的光学元件。
用于实现上述第一目的的第九发明是一种光学元件，其通过下述步骤被设计以具有希望的光学特性：在基体材料上形成第一树脂层；在该第一树脂层上形成折射率不同于第一树脂层的第二树脂层；根据需要在该第二树脂层上进一步以连续的方式形成每个折射率和在下面形成的树脂层不同的树脂层；以及在树脂层之间的界面处提供特定的形状，其中，如果在树脂层中使用含氟树脂，则该树脂层不用作最上树脂层。
在本发明中，由于含氟树脂层的表面从不直接接触外部空气，所以光学元件的表面不趋于受到刮擦，并且能够防止抗反射膜的粘附的恶化。进而，含氟树脂还可以是由多种树脂的混合物组成的树脂或聚合物。
用于实现上述第一目的的第十发明是第九发明，其中，含氟树脂和该含氟树脂之上形成的树脂之间的界面被形成为衍射光学表面。
在含氟树脂和另一种树脂之间形成由凹凸构图、阶梯形状等等组成的衍射光学表面的情况下，通过使用铸模形成树脂的表面形状，所述树脂形成在衍射光学表面的下侧，并且在该固化树脂的表面上灌注另一种树脂，来连接这两种树脂。术语“衍射光学表面”是指生成衍射效应的表面；衍射光学表面通常不从诸如球面透镜或非球面透镜的表面之类的光滑部分(连续表面)构造，并且具有某种不连续的表面(用不连续函数表达其形状的表面)。
在这种情况下，根据本发明人的发现，含氟树脂具有从铸模(尤其是金属铸模)的良好的剥离特性，并且即使使用具有由诸如凹凸构图和阶梯形状之类的复杂表面形状组成的衍射光学表面的铸模，也能够准确地传送该形状。
用于实现上述第二目的的第十一发明是一种衍射光学元件，其为一种光学元件，所述光学元件通过下述步骤被设计以具有希望的光学特性：在具有正屈光力的基体材料上形成第一树脂层；在该第一树脂层上形成折射率不同于第一树脂层的第二树脂层；根据需要在该第二树脂层上进一步以连续的方式形成每个折射率和在下面形成的树脂层不同的树脂层；以及在树脂层之间的界面处提供特定的形状，其中，第一树脂层的折射率小于第二树脂层的折射率，并且第一树脂层和第二树脂层之间的界面具有凹凸构图形状，同时该凹凸构图形状由下述构图的重复组成，所述构图是这样的，以致于随着从第一树脂层的中心朝向边缘移动，第一树脂层的厚度逐渐增加，并且第一树脂层的厚度具有随后的锐梯度(sharp-gradient)减少。
在本发明中，基体材料具有正屈光力，并且第一树脂层和第二树脂层之间的凹凸构图进一步生成了正屈光力。
如稍后在具体实施方式中说明的那样，在本装置中，在基体材料和铸模之间形成第一树脂层之后，在第一树脂层的厚度减少的凹凸构图的部分中，厚度并不以陡峭垂直的角度减少，而是具有锐梯度减少，以便促进第一树脂和铸模的剥离特性。在这种情况下，由于基体材料的正屈光力，所以朝着第一树脂层的中心的方向取向凹凸构图表面上入射的光线；由于锐梯度的方向和这些光线的方向相同，所以有可能减少穿过具有锐梯度的界面的部分的光线。因此，能够减少杂散光的生成。
用于实现上述第二目的的第十二发明是一种衍射光学元件，其为一种光学元件，所述光学元件通过下述步骤被设计以具有希望的光学特性：在具有负屈光力的基体材料上形成第一树脂层；在该第一树脂层上形成折射率不同于第一树脂层的第二树脂层；根据需要在该第二树脂层上进一步以连续的方式形成每个折射率和在下面形成的树脂层不同的树脂层；以及在树脂层之间的界面处提供特定的形状，其中，第一树脂层的折射率小于第二树脂层的折射率，并且第一树脂层和第二树脂层之间的界面具有凹凸构图形状，同时该凹凸构图形状由下述构图的重复组成，所述构图是这样的，以致于随着从第一树脂层的中心朝向边缘移动，第一树脂层的厚度逐渐减少，并且第一树脂层的厚度具有随后的锐梯度增加。
同样在这个发明中，因为和第十一发明中同样的原因，能够减少杂散光的生成。
附图说明
图1是用于显示本发明的工作构造的示图；
图2是用于显示本发明的另一个工作构造的示图；
图3是当以放大的方式来看时图2中显示的衍射光学表面的模型示图；
图4是显示在当将凹屈光力(concave power)给予衍射光学元件时同样将凹功率给予透明基片的情况下的结构的示图；
图5是当以放大的方式来看时图4中显示的衍射光学表面的模型示图；
图6是显示由两层树脂组成的光学元件的传统例子的示图。
具体实施方式
下面将结合附图来说明组成本发明的工作构造的光学元件的例子。图1是用于显示本发明的工作构造的示图；图1是剖面图，但是剖面线被忽略。进而，当以俯视图的方式来看时，这些光学元件具有圆形形状。这对后面的附图同样适用。在图1(a)中，在组成基体材料的由玻璃等组成的透明基片1上，经由硅烷连接处理层形成第一树脂层2。然后，在树脂层2的表面上形成构图，以便提供衍射透镜等的光学特性。在第一树脂层2上进一步形成硅烷连接处理层，并且在该硅烷连接处理层之上形成折射率不同于第一树脂层2的第二树脂层3。此外，通过第一树脂层2和第二树脂层3之间的折射率差异以及两个树脂层之间形成的构图的形状，设计该光学元件以具有特定的光学特性。
用图1(b)中显示的构造同样能够实现提供和图1(a)中显示的光学元件的光学特性相同的光学特性的光学元件。在图1(b)中，在组成基体材料的由玻璃等组成的透明基片1上，经由硅烷连接处理层形成第一树脂层3。然后，在树脂层3的表面上形成构图，以便提供衍射透镜等的光学特性。在第一树脂层3上进一步形成硅烷连接处理层，并且在该硅烷连接处理层之上形成折射率不同于第一树脂层3的第二树脂层2。此外，通过第一树脂层3和第二树脂层2之间的折射率差异以及两个树脂层之间形成的构图的形状，设计该光学元件以具有特定的光学特性。进而，硅烷连接处理层的形成不是必需的。
在图1(a)的情况和图1(b)的情况之间垂直地倒置了树脂层2和树脂层3之间的界面的形状。具体地，(a)中的树脂层2和树脂层3的联合的完全垂直的倒置就是(b)。因此，不必解释(a)和(b)具有相同的光学特性的事实。
在树脂层2和树脂层3之间，夹在基片1和最上树脂层之间的树脂层(亦即(a)中的树脂层2和(b)中的树脂层3)并不使其表面直接接触外部空气，但是最上树脂层(亦即(a)中树脂层3和(b)中的树脂层2)使其表面接触外部空气。
因此，在环境耐久性方面比较树脂层2中的树脂和树脂层3中的树脂之后，如果树脂层2中的树脂的环境耐久性优于树脂层3中的树脂的环境耐久性，则可以采用(b)中显示的构造，而如果树脂层3中的树脂的环境耐久性优于树脂层2中的树脂的环境耐久性，那么就可以采用(a)中显示的构造。
环境耐久性的指标包括例如树脂的硬度、吸水性造成的尺寸变化率、凝胶分数、玻璃化转变点以及线性膨胀系数。
进而，在比较树脂层2中的树脂相对于树脂层3中的树脂的抗紫外光的强度(对变化的抵抗程度)之后，如果树脂层2中的树脂优于树脂层3中的树脂，则可以在光入射的方向上安置树脂层2，而如果树脂层3中的树脂优于树脂层2中的树脂，那么同样可以在光入射的方向上安置树脂层3。
此外，如果树脂层2中的树脂是含氟树脂则通过采用(a)中显示的构造，并且如果树脂层3中的树脂是含氟树脂则通过采用(b)中显示的构造，就可以使得光学元件较少易受刮擦的影响，并且防止抗反射膜的粘附恶化。
另外，下面来说明用于制造图1中显示的类型的光学元件的方法的例子。
在透明基片1的表面上进行硅烷连接处理，使具有特定形状的金属铸模和透明基片1相互面对，并且使用分配器等，使形成树脂层2(在图1(a)的情况下)或树脂层3(在图1(b)的情况下)的紫外线固化类型的树脂填充透明基片1和金属铸模之间的间隔。进而，从透明基片1一侧进行紫外光照射，以便固化树脂以形成树脂层，并且剥离掉金属铸模。此外，在该形成的树脂层的表面上进行硅烷连接处理，使该表面面对表面平坦的透明铸模，并且用在表面上形成树脂层3(在图1(a)的情况下)或树脂层2(在图(b)的情况下)的紫外线固化类型的树脂填充树脂层和透明铸模之间的间隔。另外，从透明铸模一侧照射紫外光，以便固化填充的树脂以形成树脂层，并且剥离掉透明铸模。
在树脂层2和树脂层3之间形成复杂的衍射光学表面的情况下，如图1所示，希望含氟树脂用作树脂层2(在图1(a)的情况下)或树脂层3(在图1(b)的情况下)，以便改善从在其上形成衍射光学表面的金属铸模的剥离特性。
图2是用于显示本发明的另一个工作构造的示图。在衍射光学元件中，存在下述情况：除了衍射光学表面处的衍射作用之外，还将屈光力给予透明基片1。图2是显示将正屈光力给予透明基片1的情况的示图。在这种情况下，通常也将正屈光力给予两个树脂层之间的界面处形成的衍射光学表面，以便该屈光力和透明基片1的屈光力一起工作。
在图2显示的例子中，4是低折射率树脂层，而5是高折射率树脂层。通过用于图1中显示的光学元件的相同方法来制造图2中显示的光学元件。
这里，在透明基片1上形成高折射率树脂层5，并且在该高折射率树脂层5之上形成低折射率树脂层4的情况下，这些树脂层之间的衍射光学表面如图2(a)所示。具体地，随着从中心朝向边缘移动，高折射率树脂层5的厚度逐渐减少，一旦到达一定的位置，就以陡峭垂直的方式增加，并且从这些位置再次逐渐减少，而且重复这样的结构。
另一方面，在透明基片1上形成低折射率树脂层4，并且在该低折射率树脂层4之上形成高折射率树脂层5的情况下，这些树脂层之间的衍射光学表面如图2(b)所示。具体地，随着从中心朝向边缘移动，低折射率树脂层4的厚度逐渐增加，一旦到达一定的位置，就以陡峭垂直的方式减少，并且从这些位置再次逐渐增加，而且重复这样的结构。
然而，如果用这种方式提供阶梯，那么存在下述情况：在制造过程中，当铸模将要从透明基片1和铸模之间形成的树脂层剥离掉时，不能容易地剥离掉铸模。因此，不使用垂直阶梯结构，并且相应于垂直阶梯结构的部分通常被形成为具有锐梯度的部分。这样的梯度被称作拔模斜度。
图3是当以放大的方式来看时图2中显示的衍射光学表面的模型示图。图3(a)是图2(a)中的高折射率树脂层5和低折射率树脂层4之间的衍射光学表面(凹凸构图表面)的放大图，而图3(b)是图2(b)中的高折射率树脂层5和低折射率树脂层4之间的衍射光学表面(凹凸构图表面)的放大图。在这些附图中，6指示拔模斜度表面。
在图3中，从透明基片1一侧入射的光线在衍射光学表面上入射，同时借助于图2中的透明基片1的凸屈光力(convex power)，从边缘部分朝着中心部分的方向取向该光线，如箭头所指示的那样。因此，在(a)的情况下，这些光线穿过拔模斜度表面6。在(b)的情况下，与此相反，光线接近于和拔模斜度表面6平行，所以极大地减少了穿过拔模斜度表面6的光线。因此，在(b)的情况下，和在(a)的情况下相比，较少可能生成杂散光。
图4是显示在当将凹屈光力给予衍射光学元件时还将凹屈光力给予透明基片的情况下的结构的示图。在衍射光学表面具有凹屈光力的情况下，能够倒置图2中的高折射率树脂层5和低折射率树脂层4。因此，如果如图4(a)或4(b)那样布置高折射率树脂层5和低折射率树脂层4，并且如图4(a)或4(b)那样形成这些树脂层之间的界面，那么就能够将凹屈光力给予衍射光学表面。
同样在这种情况下，在这些光学元件的制造过程中(和图1中显示的光学元件的制造过程相同)，在透明基片1和铸模之间首先形成树脂层(亦即在图4(a)的情况下的低折射率树脂层4和在图4(b)的情况下的高折射率树脂层5)，并且提供拔模斜度，以便改善剥离掉铸模时的剥离特性。
图5是当以放大的方式来看时图4中显示的衍射光学表面的模型示图。图5(a)是图4(a)中的高折射率树脂层5和低折射率树脂层4之间的衍射光学表面(凹凸构图表面)的放大图，而图5(b)是图4(b)中的高折射率树脂层5和低折射率树脂层4之间的衍射光学表面(凹凸构图表面)的放大图。在这些附图中，6指示拔模斜度表面。
在图5中，从透明基片1一侧入射的光线在衍射光学表面上入射，同时借助于图4中的透明基片1的凹屈光力，从中心部分朝着边缘部分的方向取向该光线，如箭头所指示的那样。因此，在(b)的情况下，这些光线穿过拔模斜度表面6。另一方面，在(a)的情况下，光线接近于和拔模斜度表面6平行，所以极大地减少了穿过拔模斜度表面6的光线。因此，在(a)的情况下，和在(b)的情况下相比，较少可能生成杂散光。
(实施例1)
形成了具有图1中显示的形状的光学元件(具有凸透镜功能的衍射透镜)。光学元件(树脂部分)的外径为60mm，衍射光栅为圆形形状，透镜中心附近的节距为2mm，同时该节距朝着外围的方向变窄，如图1所示，所以外围附近的节距为0.12mm。
主要成分为聚氨酯丙烯酸酯的树脂用作树脂2，而包含氟化丙烯酸酯的树脂用作树脂3。树脂2的折射率大于树脂3的折射率。树脂2和树脂3的固化材料的特性如表1所示。在表1中，借助于耐光计的耐光性测试之前和之后的透射率变化(缩写并描述为“耐光之前和之后的透射率变化”)指示了暴露于从耐光计装置发射的紫外光500小时的结果。进而，玻璃(BK7)用作基片1。
(表1)
 
铅笔硬度 耐光之前和之后的透射率变化     吸水性系数 凝胶分数 玻璃化转变点 线性膨胀系数(室温到150℃)    
树脂2 H —2％ 0.4％ 98％ 110℃ 1×10<sup>-4</sup>
树脂3 2B —5％ 0.8％ 92％ 70℃ 2×10<sup>-4</sup>
对于模制的光学元件，进行下面的测试：在应用抗反射涂层的情况下，涂层破裂存在与否；在使用包含乙醇的擦拭布(商品名称：SavinaMinimax(擦拭布)，由Kanebo Gohsen，Ltd.制造)用手擦拭10次光学元件的情况下，表面上刮擦存在与否；耐湿性测试，其中，光学元件暴露于60℃的大气温度和80％的湿度200小时；以及温度循环测试，其中，进行40℃到70℃的温度循环5次。表2显示了使用图1中显示的系统(a)的光学元件(亦即树脂3的表面暴露于外部空气的光学元件)和使用系统(b)的光学元件(亦即树脂2的表面暴露于外部空气的光学元件)之间比较的结果。
(表2)
 
抗反射涂层 耐磨性 耐湿性测试 温度循环
(a) 涂层破裂存在 刮擦存在 变色(模糊) 生成剥脱
(b) 涂层破裂不存在 刮擦不存在 没有变色 没有剥脱
如从表2中的结果很清楚的那样，在具有较高环境耐久性的树脂2暴露于外部空气的图1(b)的构造中，环境耐久性较高。进而，据认为，抗反射涂层中的涂层破裂存在与否的影响因素是玻璃化转变点和线性膨胀系数，耐磨性的影响因素是铅笔硬度和凝胶分数，耐湿性测试的影响因素是吸水性系数和凝胶分数，而温度循环中的树脂剥脱的影响因素是玻璃化转变点和线性膨胀系数。
(实施例2)
制造了具有正屈光力的衍射透镜。衍射光栅的形状是图2(b)中显示的形状，光学元件的外径为60mm，光栅的高度为20μm，并且光栅节距在中心附近为2mm，而在外围附近为0.12mm，以便节距被设计以朝着外围表面的方向变窄。
主要成分为聚氨酯丙烯酸酯的树脂用作高折射率树脂5，而包含氟化丙烯酸酯的树脂用作低折射率树脂4。
在第一衍射透镜中，在凹凸构图中未形成拔模斜度，所以该透镜具有垂直阶梯结构。在第二衍射透镜中，在凹凸构图中形成了拔模斜度，如图3所示，并且形成这些拔模斜度以便倾斜度朝向衍射透镜的边缘部分增加，并且最外圆周处的梯度为7°。
对于这两个衍射透镜，在借助于铸模模制了低折射率树脂4之后，测量了剥离掉铸模时的剥离力。结果，对于第一衍射透镜的剥离力为100kgf，但是对于第二衍射透镜的剥离力就减少到了一半(亦即50kgf)，所以能容易地剥离掉铸模。进而，当在显微镜下观察模制光栅时，可以看到，光栅在第一衍射透镜中丢失了，而在第二衍射透镜中，这样的光栅的缺失根本看不到。
使用激光测量了以这种方式形成的衍射透镜在三个波长处的主衍射光的百分比。在表3中显示了结果。当主衍射光的百分比较大时，性能相对较好。如从表3看到的那样，第二衍射透镜的性能同样在光学特性方面优于第一衍射透镜的性能。
(表3)
 
波长 460nm 540nm 633nm
第一衍射透镜 95％ 94％ 91％
第二衍射透镜 98％ 98％ 96％

Claims (2)

1.一种衍射光学元件，其为一种通过以下步骤被设计以具有希望的光学特性的光学元件：
在具有正屈光力的基体材料上形成第一树脂层；
在所述第一树脂层上形成折射率不同于所述第一树脂层的第二树脂层；
根据需要在所述第二树脂层上进一步以连续的方式形成每个折射率和在下面形成的树脂层不同的树脂层；以及
在所述树脂层之间的界面处提供特定的形状，
其中，所述第一树脂层的折射率小于所述第二树脂层的折射率，并且所述第一树脂层和所述第二树脂层之间的界面具有凹凸构图形状，同时所述凹凸构图形状由下述构图的重复组成，所述构图是这样的，以致于随着从所述第一树脂层的中心朝向边缘移动，所述第一树脂层的厚度逐渐增加，并且所述第一树脂层的厚度具有随后的锐梯度减少，其中所述凹凸构图是具有正屈光力的衍射光学表面。
2.一种衍射光学元件，其为一种通过以下步骤被设计以具有希望的光学特性的光学元件：
在具有负屈光力的基体材料上形成第一树脂层；
在所述第一树脂层上形成折射率不同于所述第一树脂层的第二树脂层；
根据需要在所述第二树脂层上进一步以连续的方式形成每个折射率和在下面形成的树脂层不同的树脂层；以及
在所述树脂层之间的界面处提供特定的形状，
其中，所述第一树脂层的折射率小于所述第二树脂层的折射率，并且所述第一树脂层和所述第二树脂层之间的界面具有凹凸构图形状，同时所述凹凸构图形状由下述构图的重复组成，所述构图是这样的，以致于随着从所述第一树脂层的中心朝向边缘移动，所述第一树脂层的厚度逐渐减少，并且所述第一树脂层的厚度具有随后的锐梯度增加，其中所述凹凸构图是具有负屈光力的衍射光学表面。
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Families Citing this family (61)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200641387A (en) * 2005-02-21 2006-12-01 Dainippon Printing Co Ltd Anti-glare optical multilayer body
WO2006090614A1 (ja) * 2005-02-22 2006-08-31 Nikon Corporation 回折光学素子
GB0718706D0 (en) 2007-09-25 2007-11-07 Creative Physics Ltd Method and apparatus for reducing laser speckle
US20090169897A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-02 Yuya Agata Barrier laminate, barrier film substrate, device and optical component
US11726332B2 (en) 2009-04-27 2023-08-15 Digilens Inc. Diffractive projection apparatus
US9335604B2 (en) 2013-12-11 2016-05-10 Milan Momcilo Popovich Holographic waveguide display
US8233204B1 (en) 2009-09-30 2012-07-31 Rockwell Collins, Inc. Optical displays
US11300795B1 (en) 2009-09-30 2022-04-12 Digilens Inc. Systems for and methods of using fold gratings coordinated with output couplers for dual axis expansion
US10795160B1 (en) 2014-09-25 2020-10-06 Rockwell Collins, Inc. Systems for and methods of using fold gratings for dual axis expansion
US8659826B1 (en) 2010-02-04 2014-02-25 Rockwell Collins, Inc. Worn display system and method without requiring real time tracking for boresight precision
WO2012136970A1 (en) 2011-04-07 2012-10-11 Milan Momcilo Popovich Laser despeckler based on angular diversity
JP5834458B2 (ja) * 2011-04-13 2015-12-24 株式会社ニコン 光学素子の製造方法および光学素子
WO2016020630A2 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Milan Momcilo Popovich Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler
WO2013027004A1 (en) 2011-08-24 2013-02-28 Milan Momcilo Popovich Wearable data display
US10670876B2 (en) 2011-08-24 2020-06-02 Digilens Inc. Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler
US9715067B1 (en) 2011-09-30 2017-07-25 Rockwell Collins, Inc. Ultra-compact HUD utilizing waveguide pupil expander with surface relief gratings in high refractive index materials
US9507150B1 (en) 2011-09-30 2016-11-29 Rockwell Collins, Inc. Head up display (HUD) using a bent waveguide assembly
US8634139B1 (en) 2011-09-30 2014-01-21 Rockwell Collins, Inc. System for and method of catadioptric collimation in a compact head up display (HUD)
US9366864B1 (en) 2011-09-30 2016-06-14 Rockwell Collins, Inc. System for and method of displaying information without need for a combiner alignment detector
WO2013102759A2 (en) 2012-01-06 2013-07-11 Milan Momcilo Popovich Contact image sensor using switchable bragg gratings
US9523852B1 (en) 2012-03-28 2016-12-20 Rockwell Collins, Inc. Micro collimator system and method for a head up display (HUD)
EP2842003B1 (en) 2012-04-25 2019-02-27 Rockwell Collins, Inc. Holographic wide angle display
CN103513324A (zh) * 2012-06-25 2014-01-15 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 光纤装置
US9933684B2 (en) * 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration
KR101977250B1 (ko) * 2012-11-30 2019-08-28 엘지디스플레이 주식회사 입체영상표시장치 및 이의 제조방법
US9674413B1 (en) 2013-04-17 2017-06-06 Rockwell Collins, Inc. Vision system and method having improved performance and solar mitigation
US9727772B2 (en) 2013-07-31 2017-08-08 Digilens, Inc. Method and apparatus for contact image sensing
US10732407B1 (en) 2014-01-10 2020-08-04 Rockwell Collins, Inc. Near eye head up display system and method with fixed combiner
US9519089B1 (en) * 2014-01-30 2016-12-13 Rockwell Collins, Inc. High performance volume phase gratings
US9244280B1 (en) 2014-03-25 2016-01-26 Rockwell Collins, Inc. Near eye display system and method for display enhancement or redundancy
JP6297932B2 (ja) * 2014-06-11 2018-03-20 マクセル株式会社 光学装置
WO2016020632A1 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Milan Momcilo Popovich Method for holographic mastering and replication
US10241330B2 (en) 2014-09-19 2019-03-26 Digilens, Inc. Method and apparatus for generating input images for holographic waveguide displays
US9715110B1 (en) 2014-09-25 2017-07-25 Rockwell Collins, Inc. Automotive head up display (HUD)
US10088675B1 (en) 2015-05-18 2018-10-02 Rockwell Collins, Inc. Turning light pipe for a pupil expansion system and method
EP3245444B1 (en) 2015-01-12 2021-09-08 DigiLens Inc. Environmentally isolated waveguide display
US9632226B2 (en) 2015-02-12 2017-04-25 Digilens Inc. Waveguide grating device
US10126552B2 (en) 2015-05-18 2018-11-13 Rockwell Collins, Inc. Micro collimator system and method for a head up display (HUD)
US11366316B2 (en) 2015-05-18 2022-06-21 Rockwell Collins, Inc. Head up display (HUD) using a light pipe
US10247943B1 (en) 2015-05-18 2019-04-02 Rockwell Collins, Inc. Head up display (HUD) using a light pipe
US10108010B2 (en) 2015-06-29 2018-10-23 Rockwell Collins, Inc. System for and method of integrating head up displays and head down displays
US10690916B2 (en) 2015-10-05 2020-06-23 Digilens Inc. Apparatus for providing waveguide displays with two-dimensional pupil expansion
US10598932B1 (en) 2016-01-06 2020-03-24 Rockwell Collins, Inc. Head up display for integrating views of conformally mapped symbols and a fixed image source
JP6895451B2 (ja) 2016-03-24 2021-06-30 ディジレンズ インコーポレイテッド 偏光選択ホログラフィー導波管デバイスを提供するための方法および装置
JP6734933B2 (ja) 2016-04-11 2020-08-05 ディジレンズ インコーポレイテッド 構造化光投影のためのホログラフィック導波管装置
US10197804B2 (en) * 2016-04-25 2019-02-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Refractive coating for diffractive optical elements
WO2018102834A2 (en) 2016-12-02 2018-06-07 Digilens, Inc. Waveguide device with uniform output illumination
WO2018129398A1 (en) 2017-01-05 2018-07-12 Digilens, Inc. Wearable heads up displays
US10295824B2 (en) 2017-01-26 2019-05-21 Rockwell Collins, Inc. Head up display with an angled light pipe
JP7399084B2 (ja) 2017-10-16 2023-12-15 ディジレンズ インコーポレイテッド ピクセル化されたディスプレイの画像分解能を倍増させるためのシステムおよび方法
US10914950B2 (en) 2018-01-08 2021-02-09 Digilens Inc. Waveguide architectures and related methods of manufacturing
CN111566571B (zh) 2018-01-08 2022-05-13 迪吉伦斯公司 波导单元格中全息光栅高吞吐量记录的系统和方法
JP2020008720A (ja) * 2018-07-09 2020-01-16 大日本印刷株式会社 反射型回折光学素子、反射型回折光学素子の製造方法
WO2020023779A1 (en) 2018-07-25 2020-01-30 Digilens Inc. Systems and methods for fabricating a multilayer optical structure
US10483309B1 (en) 2018-09-07 2019-11-19 Semiductor Components Industries, Llc Image sensors with multipart diffractive lenses
JP2022520472A (ja) 2019-02-15 2022-03-30 ディジレンズ インコーポレイテッド 統合された格子を使用してホログラフィック導波管ディスプレイを提供するための方法および装置
US20200292745A1 (en) 2019-03-12 2020-09-17 Digilens Inc. Holographic Waveguide Backlight and Related Methods of Manufacturing
EP3722841A1 (en) * 2019-04-08 2020-10-14 Canon Kabushiki Kaisha Diffractive optical element, optical device, and imaging apparatus
JP2022535460A (ja) 2019-06-07 2022-08-08 ディジレンズ インコーポレイテッド 透過格子および反射格子を組み込んだ導波路、ならびに関連する製造方法
JP2022543571A (ja) 2019-07-29 2022-10-13 ディジレンズ インコーポレイテッド 画素化されたディスプレイの画像解像度および視野を乗算するための方法および装置
US11442222B2 (en) 2019-08-29 2022-09-13 Digilens Inc. Evacuated gratings and methods of manufacturing

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3035851B2 (ja) * 1988-08-02 2000-04-24 オムロン株式会社 光学装置
JPH0416910A (ja) * 1990-05-11 1992-01-21 Omron Corp 光学レンズ
US5847877A (en) * 1994-09-12 1998-12-08 Olympus Optical Co., Ltd. Diffractive optical element
US6157488A (en) * 1995-08-29 2000-12-05 Olympus Optical Company Ltd. Diffractive optical element
JP4149021B2 (ja) * 1998-01-14 2008-09-10 オリンパス株式会社 光学系
JP4141016B2 (ja) * 1998-08-26 2008-08-27 大日本印刷株式会社 凹凸パターンの形成方法
JP3530776B2 (ja) * 1999-07-28 2004-05-24 キヤノン株式会社 回折光学素子及びそれを用いた光学系
US6366542B1 (en) * 1999-11-17 2002-04-02 Konica Corporation Optical pickup apparatus and objective lens
US6473232B2 (en) * 2000-03-08 2002-10-29 Canon Kabushiki Kaisha Optical system having a diffractive optical element, and optical apparatus
JP3467018B2 (ja) * 2000-03-08 2003-11-17 キヤノン株式会社 光学系及び光学機器
JP2001305305A (ja) * 2000-04-26 2001-10-31 Omron Corp 耐光性マイクロレンズアレイ
JP4683597B2 (ja) * 2000-06-23 2011-05-18 大日本印刷株式会社 ホログラム転写箔
JP4587418B2 (ja) * 2000-09-27 2010-11-24 キヤノン株式会社 回折光学素子及び該回折光学素子を有する光学系
JP2002285132A (ja) * 2001-03-23 2002-10-03 Omron Corp 部材貼り合わせ方法及びその装置
JP4248805B2 (ja) * 2001-09-14 2009-04-02 大日本印刷株式会社 光硬化性樹脂組成物、シート、転写箔、微細凹凸パターン形成方法、及び光学用物品
EP1455200A4 (en) * 2001-11-30 2005-09-28 Nikon Corp OPTICAL RESIN PRECURSOR COMPOSITION, OPTICAL USE RESIN, OPTICAL ELEMENT AND ARTICLE
JP2003262713A (ja) * 2002-03-11 2003-09-19 Nikon Corp 回折光学素子及び回折光学素子の製造方法
JP4239822B2 (ja) * 2002-03-18 2009-03-18 株式会社ニコン 回折光学素子およびその製造方法、並びに光学装置
JP2006177994A (ja) * 2004-12-20 2006-07-06 Shimadzu Corp レプリカ光学素子

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
氟系表面改性剂. 前川隆茂.有机氟工业. 1995
氟系表面改性剂. 前川隆茂.有机氟工业. 1995 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE602004030335D1 (de) 2011-01-13
US20060093793A1 (en) 2006-05-04
JPWO2004113971A1 (ja) 2006-08-03
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JP2010102353A (ja) 2010-05-06
EP1635197A4 (en) 2007-10-10
CN101458350A (zh) 2009-06-17
JP5045739B2 (ja) 2012-10-10
WO2004113971A1 (ja) 2004-12-29
EP1635197B1 (en) 2010-12-01
US20060182934A9 (en) 2006-08-17
CN1809769A (zh) 2006-07-26

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