CN1267267C - 光学材料、光学元件、层叠型衍射光学元件、光学系统以及光学元件的成形方法 - Google Patents

光学材料、光学元件、层叠型衍射光学元件、光学系统以及光学元件的成形方法 Download PDF

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Abstract

提供一种光学元件，具有衍射形状等，通过使用至少由N-乙烯基咔唑和聚乙烯基咔唑以及光聚合开始剂构成的光学材料，可以在室温下的成形中抑制光学材料的结晶化，适当地控制适合于光栅复制成形的滴定量。此外，通过将N-乙烯基咔唑和聚乙烯基咔唑的比例取为N-乙烯基咔唑/上述聚乙烯基咔唑＝90/10～70/30，可以做成更适合于室温下的光栅复制成形的光学材料。

Description

光学材料、光学元件、层叠型衍射光学元件、 光学系统以及光学元件的成形方法
技术领域
本发明涉及透镜、滤光片、反射镜、折射型光学元件等光学元件中所使用的光学材料，特别涉及折射率分散较大的光学材料。此外，还涉及利用上述光学材料形成的光学元件以及其成形方法。
背景技术
以往，在利用使光线折射的多个透镜构成的光学系统中，通过组合分散特性不同的玻璃材料来减小其色差。例如，在望远镜等的物镜中，取分散较小的玻璃材料为正透镜，分散较大的玻璃材料为负透镜，通过组合它们可以校正出现在轴上的色差。因此，在透镜的构成、片数受限制时或者可以使用的玻璃材料受到限制等时，存在不能够充分地校正色差的情况。
对于利用上述的玻璃材料的组合减小色差的方法，SPIE Vol.1354International Lens Design Conference(1990)等文献公开了通过在透镜或者光学系统的一部分上设置衍射光栅来减小色差的方法。众所周知，在光学系统中，折射面和衍射面相对于某一基准波长的光线，其色差为相互相反方向。利用该现象来抵消两者的色差，可以作为整体实现色差的减少。进而，在这样的衍射光栅元件中，通过连续地使其衍射光栅的构造的周期变化，还可以使之具有与非球面透镜等价的功能。因而，如果采用具有这样的衍射光栅的透镜则可以大幅度地降低色差。
相对于在普通的折射面中一条光线折射后仍然是一条光线，在衍射面一条光线被衍射将会分成各种级数的多条光线。因此，在作为光学系统使用衍射光学元件时，需要确定光栅的构造以使被衍射的多条光线中使用波长区域的光束集中在所设计的特定级数上。在光线集中在特定级数的状态下，其以外的级数的衍射光的强度降低，在强度为0时则达到了使其衍射光不存在的目的。反之，在存在具有特定级数以外的级数的光线时，其光线将成像于不同于特定级数的光线的另外的位置上而成为散斑光。因而，为了有效地降低色差，需要充分地提高特定级数的光线的衍射效率。
特开平9-127321号公报、特开平9-127322号公报、特开平11-044808号公报、特开平11-044810号公报等中公开了确定光栅构造以使这样的使用波长区域的光束集中在所设计的特定级数上的构成。这些号公报公开的都是通过适当地选择具有不同分散的多种材料的各个衍射光栅的厚度，使之在宽波长范围内具有高的衍射效率的构成。具体地就是在基板上堆积多种不同的光学材料，通过在它们的至少一个界面上形成起伏图案、台阶形状、奎诺仿等，形成所期望的层叠型衍射光栅元件。
但是，在上述的特开平9-127321号公报、特开平9-127322号公报、特开平11-044808号公报、特开平11-044810号公报中，为了得到在宽波长范围内具有高的衍射效率的构成，使用了折射率分散相对低的材料和折射率分散相对高的材料的组合。
具体地，特开平9-127321号公报的情况是分别组合使用了BMS81(nd＝1.64，υd＝60.1：大原制造)和塑料光学材料(nd＝1.58，υd＝35.5：帝人化成制造)，特开平9-127322号公报的情况是分别组合使用了LaL14(nd＝1.6968，υd＝55.5：大原制造)、丙烯酸树脂(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)，特开平11-044808号公报以及特开平11-044810号公报的情况中分别组合使用了C001(nd＝1.5250，υd＝50.8：大日本墨水制造)、塑料光学材料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，在衍射光学元件等光学元件中，在其形状的原因导致光的入射角(视场角)较大时，将产生光线被散开而出现散斑光或者鬼线之类的问题。因此，为了扩展视场角，需要使用较以往的光学材料折射率分散更大的材料进行构成。作为光学材料，图7给出了市场销售或者正在研究开发的光学材料的阿贝数和折射率曲线。纵轴是折射率(nd)，横轴是阿贝数(υd)。其中，在有机高分子中，众所周知聚乙烯基咔唑的阿贝数为最小的17.3。
特开平10-268116号公报记载了在层叠型衍射光学元件中使用了聚乙烯基咔唑的例子。在特开平10-268116号公报中，作为弹性树脂，表3例举了聚乙烯基咔唑。通过在衍射光栅中推压作为弹性树脂的聚乙烯基咔唑，可以以压着衍射光栅面进行一体化的形式形成多层衍射光栅。但是，由于聚乙烯基咔唑是非常脆的物质，故因较小的负荷就会容易地产生断裂。因而，如特开平10-268116号公报所记载的那样，为了使作为弹性树脂的聚乙烯基咔唑压着衍射光栅而成型光学元件，需要花费很多的时间进行压着，在产业上进行实施非常困难。此外，近年来衍射光栅的形状变得越来越微细、复杂，因此，这将变得更加困难。
另一方面，通过使N-乙烯基咔唑(υd＝17.8)发生聚合反应可以形成聚乙烯基咔唑。由于N-乙烯基咔唑具有流动性，故作为原材料，即使是具有复杂的衍射光栅构造的型的间隙也可以容易地填充进去。为此，作为衍射光栅等具有复杂形状的光学元件的光学材料，可以认为使用N-乙烯基咔唑是有效的方法之一。
但是，虽然通过光聚合N-乙烯基咔唑可以任意形状地形成衍射光学元件等，但由于N-乙烯基咔唑在室温就结晶化，故不能原样不变地用于一般在室温下进行成型的光栅复制成形。
即，光栅复制成形作为以往的光学元件的成形技术之一，适用于大面积成形品的成形，且其复制性优异。此外，根据其成形的容易程度也是适用于大量生产的成形技术。该光栅复制成形是在具有所期望的光学形状的反转形状的型成形面上滴定光硬化树脂，自其上面压着透镜毛坯并进行推压扩展，形成所期望的形状，然后照射来自光源的光使光硬化树脂硬化，进而通过离型使之成形。但是，由于光栅复制成形一般都是在室温下进行成形，故在使用了N-乙烯基咔唑这样的在室温下结晶化的光学材料时，在其滴定到室温的型具上的瞬间以及玻璃等透镜毛坯的压着过程中便进入了结晶化，不能得到所期望的光学元件形状。
为了抑制在常温下(通常为22℃～28℃)产生结晶化的光学材料的结晶化，也有人考虑过将型具的温度升高到超过结晶化温度这样的光栅复制成形。但是，一般都受到光栅复制成形的型具的限制。因而，由于加热了的型具以及光学元件不能自由地进行膨胀而成为了非线性的膨胀，故要控制形状将变得非常困难。进而，在型具具有温度分布时进行控制将变得更加困难。此外，近年来的光学元件形状具有自由曲面或光栅形状等形状而变得非常复杂化。所以，要预料根据温度的型具和光学元件的膨胀地制作型具是很困难的。
此外，N-乙烯基咔唑粘度低这一点也存在问题。在光栅复制成形中要滴定光硬化性树脂。在以往的滴定中，使用一种被称作为调合器的定量吐出装置。通过利用调合器进行定量的滴定来控制成形面的厚度或者面积。如果该滴定量不均匀则不能得到所期望的面积或厚度，此外，还会产生对型具侧面的液体下垂所造成的毛边。由于N-乙烯基咔唑在超过融点(65℃附近)的温度中粘度低达4mPa·s以下，故滴定量的控制比较困难。此外，如果为了控制粘度而加入增粘剂等其他的化合物则又会对折射率分散产生影响而导致性能降低。
发明内容
本发明之目的在于提供可以在室温下的成形中抑制光学材料的结晶化，可以适当地控制适合于复制成形的滴定量的折射率分散较大的光学材料。此外，本发明的目的还在于提供利用该光学材料成形的衍射光学元件、层叠型衍射光学元件、光学系统以及光学元件的成形方法。
为达成上述目的，本发明提供了具有如下面的(1)～(10)这样构成的光学材料、使用了该光学材料的光学元件的成形方法、利用该成形方法成形的光学元件以及具有该光学元件的光学系统。
(1)光学材料的特征在于：在利用光聚合成形光学元件的光学材料中，至少包括N-乙烯基咔唑、聚乙烯基咔唑、以及光聚合开始剂。
(2)上述(1)所记述的光学材料，其特征在于：上述N-乙烯基咔唑与上述聚乙烯基咔唑的比例为N-乙烯基咔唑/上述聚乙烯基咔唑＝90/10～70/30的范围。
(3)光学元件的成形方法的特征在于：向成形型具供给上述(1)或者(2)所记述的光学材料，在该成形型具的内部利用光聚合反应使之硬化从而成形光学元件。
(4)上述(3)所记述的光学元件的成形方法，其特征在于：上述光学材料的粘度被调整在50mPa·s以上、5000mPa·s以下的范围。
(5)上述(3)所记述的光学元件的成形方法，其特征在于：上述光聚合反应在22℃～28℃的温度下进行。
(6)光学元件的特征在于：由利用上述(1)或者(2)所记述的光学材料形成的具有预定的形状的光学构件和在其表面上形成该光学构件的基板构成。
(7)衍射光学元件的特征在于：上述(6)所记述的光学元件具有光栅形状。
(8)层叠型衍射光学元件的特征在于：通过层叠上述(7)所记述的衍射光学元件和具有与形成上述光学元件的光学材料不同的分散的材料构成的至少一个的衍射光学元件来形成。
(9)光学系统的特征在于：具有上述(6)所记述的光学元件。
(10)上述(9)所记述的光学系统，其特征在于：上述光学系统是投影光学系统。
(11)上述(9)所记述的光学系统，其特征在于：上述光学系统是摄影光学系统。
通过下面附图中的相关图面，可进一步明确本发明的上述目的以及其他目的。
附图说明
图1A～图1C所示是实施形态中的光学元件的成形方法的原理图；
图2A～图2C所示是实施例1的实验方法的原理图；
图3所示是实施例2中的比较实验例5的示差热扫描测量的结果的曲线图；
图4A、图4B所示是实施例2中的结晶融解温度(4A)·结晶化温度(4B)的曲线图；
图5所示是第2实施形态中的2层衍射光学元件的构成的原理图；
图6所示是第2实施形态中的2层衍射光学元件的衍射效率的曲线图；
图7是第3实施形态的投影光学系统的原理图；
图8是第4实施形态的摄影光学系统的原理图；
图9是光学玻璃、聚合物的折射率、阿贝数分布的图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的实施形态。本发明通过用N-乙烯基咔唑、聚乙烯基咔唑(以及光聚合开始剂)构成光学材料，在室温下的成形中也可以抑制光学材料的结晶化，并适当地控制适合于光栅复制成形的滴定量。
N-乙烯基咔唑是具有大的π电子共轭系统的分子。因此，在分子间产生π-π电子键结合而在室温下结晶化。该结晶化可以通过在N-乙烯基咔唑中加入聚乙烯基咔唑进行抑制。通过聚乙烯基咔唑可以阻碍N-乙烯基咔唑中的π-π电子键结合。
如果是单纯地控制N-乙烯基咔唑的结晶化的话，也可以使用其他的化合物。但是，N-乙烯基咔唑是折射率分散非常高的物质，如果掺入较N-乙烯基咔唑折射率分散低的化合物，则化合物整体的折射率分散将下降，不能充分发挥N-乙烯基咔唑的特性。聚乙烯基咔唑具有与N-乙烯基咔唑大致等同的折射率分散值。因此，可以无化合物整体的折射率分散下降地充分发挥N-乙烯基咔唑的特性。此外，由于聚乙烯基咔唑是N-乙烯基咔唑聚合体，故可以对成形了的光学元件的特性完全没有影响。
此外，聚乙烯基咔唑溶解于N-乙烯基咔唑表现出适度的粘度。作为在此使用的光栅复制成形中的适度的粘度，给出的是50mPa·s以上、5000mPa·s以下的范围。通过使用该范围的粘度，可以利用调合器稳定地控制滴定量。如果粘度低于50mPa·s以下则少量的滴定困难，此外还会产生从滴定喷嘴飞溅液体之类的现象。而在粘度超过5000mPa·s以上时，会产生光学材料从滴定喷嘴滴定时拉丝的现象，不能稳定地控制滴定量。
另外，N-乙烯基咔唑与聚乙烯基咔唑的比例最好是N-乙烯基咔唑/上述聚乙烯基咔唑＝90/10～70/30的范围。
下面参照图面具体地说明本发明的实施形态。
【第1实施形态】
首先，使用图1A～图1C的原理图对第1实施形态的光学元件的成形方法进行其概略说明。如图1A所示那样，在被加工成作为期望的光学形状的反转形状的衍射光栅形状的金属模具1上供给了作为光学材料的光硬化树脂2。此时，金属模具1可以通过加热器6进行调温控制。从其上面压着透镜毛坯3并如图1B所示的那样，推压扩展光硬化树脂2，形成所期望的形状，然后照射来自光源5的光使光硬化树脂2硬化。此后，如图1C所示的那样，从金属模具1上离型硬化了的光硬化树脂2，成形了衍射光学元件4。这里，虽然本实施形态是关于具有光栅形状的衍射光学元件进行的说明，但本实施形态并非仅限于此，只要是具有微细形状或自由曲面等期望的形状的光学元件，全部都可以适用。
作为前述的光学材料，为了验证N-乙烯基咔唑和聚乙烯基咔唑(光聚合开始剂)的混合物是有效的，实施了下面的实验。
【实施例1】
在实施例1中，混合N-乙烯基咔唑(东京化成工业股份有限公司制)7.9g、聚乙烯基咔唑(阿库劳斯公司制)1.0g以及作为光聚合开始剂欧加固化剂(イルガキユア)184(チバスベシマリテイ·ケミカル制)0.1g，在80℃下加热2小时进行了溶解后，进行充分搅拌作成了光硬化树脂12。图2A～图2C给出了实施例1的光学元件的成形方法。在图2A～图2C中，与图1A～图1C相同的构件上附加了同样的符号。图2A～图2C与图1A～图1C不同的是，为了容易地进行实验，代替被加工成了衍射光栅形状的金属模具1使用了平面状的金属模具11。因而，在成形了的光硬化树脂上没有成形光栅形状。此时的光硬化树脂12的粘度是71.8mPa·s(80℃)。
然后，使用调合器分别将约0.04g的按80℃保温的前述的光硬化树脂12吐出到25℃(实验例1)、30℃(实验例2)、40℃(实验例3)、50℃(实验例4)的平面状的金属模具11上。
金属模具温度由加热器6进行调温控制，控制在±1.0℃以内。在吐出到金属模具11上的状态下，哪一个实验例的光硬化树脂12都没有产生结晶化。因此，在金属模具11上隔置50μm的隔垫(没有图示)，在光学材料12上载置被保温在与各个金属模具温度相同的温度上的透镜毛坯3，将光学材料12填充在透镜毛坯3和金属模具11之间。进而，从透镜毛坯3的方向按40mW照射300s中心波长为365nm的紫外线，使光学材料12硬化。从金属模具11上离型上述硬化物便得到了光学元件14。
此外，还用同样的方法实施了比较例1的实验。
(比较例1)
在比较例1中，混合N-乙烯基咔唑(东京化成工业股份有限公司制)9.9g和作为光聚合开始剂欧加固化剂(イルガキユア)184(チバスベシマリテイ·ケミカル制)0.1g，在80℃下加热2小时进行了溶解后，进行充分搅拌作成了光硬化树脂12。
然后，使用调合器分别将约0.04g的按80℃保温的前述的光硬化树脂12吐出到25℃(实验例1)、30℃(实验例2)、40℃(实验例3)、50℃(实验例4)的平面状的金属模具11上。此时的光硬化树脂12的粘度是3.8mPa·s(80℃)。
金属模具温度由加热器6进行调温控制，控制在±1.0℃以内。在吐出到金属模具11上的瞬间，25℃的光学材料(比较实验例1)、30℃的光学材料(比较实验例2)因产生结晶化而没有能够成形。此外，因40℃的光学材料(比较实验例3)、50℃的光学材料(比较实验例4)没有产生结晶化，故在金属模具11上隔置50μm的隔垫，在光学材料12上载置被保温在与各个金属模具温度相同的温度上的透镜毛坯3，将光学材料12填充在了透镜毛坯3和金属模具11之间。进而，从透镜毛坯3的方向按40mW照射300s中心波长为365nm的紫外线使之硬化。从金属模具11上离型上述硬化物便得到了比较例的光学元件14。
上述的实验例1～4、比较实验例1～4的结果示于表1。
【表1】
  金属模具温度   成形结果
 比较实验例1   25℃   不能成形
 比较实验例2   30℃   不能成形
 比较实验例3   40℃   ○
 比较实验例4   50℃   ○
 实验例1   25℃   ○
 实验例2   30℃   ○
 实验例3   40℃   ○
 实验例4   50℃   ○
如由表1可知的那样，实施例1的由N-乙烯基咔唑、聚乙烯基咔唑和(光聚合开始剂)的混合物构成的光学材料在金属模具温度是25℃～50℃时，可以成形良好的光学元件。此外，比较实验例1的由N-乙烯基咔唑(和光聚合开始剂的混合物)构成的光学材料在金属模具温度是40℃～50℃时，可以成形良好的光学元件。但是，如果金属模具温度是30℃以下，则因在吐出到金属模具上的时刻就产生了结晶化并硬化，所以，不能成形所期望的形状。
为了验证作为光学材料的N-乙烯基咔唑、聚乙烯基咔唑和光聚合开始剂的混合物各自的混合比的效果，我们实施了下面的实验。
【实施例2】
在实施例2中，按表2所示的比例混合N-乙烯基咔唑(东京化成工业股份有限公司制)、聚乙烯基咔唑(阿库劳斯公司制)以及作为光聚合开始剂欧加固化剂(イルガキユア)184(チバスベシマリテイ·ケミカル制)进行了实验(实验例5～9)。实验的方法与前述的实施例1完全相同。在80℃下加热2小时进行了溶解后，进行充分搅拌作成了本实施例的各光学材料。这里，为了进行比较，也实施了按表2所示的比例进行了混合的比较实验例5。此外，用表3给出了实验例5～9以及比较实验例的光学材料的粘度。
【表2】
  N-乙烯基咔唑重量(g)   聚(N-乙烯基咔唑)重量(g)  欧加固化剂184重量(g)
 比较实验例5   9.9   0.0  0.1
 实验例5   8.9   1.0  0.1
 实验例6   7.9   2.0  0.1
 实验例7   6.9   3.0  0.1
 实验例8   5.9   4.0  0.1
 实验例9   4.9   5.0  0.1
【表3】
  粘度(mPa·s)
  比较实验例5   3.83
  实验例5   54.7
  实验例6   544
  实验例7   5380
  实验例8   47500
  实验例9   4490000
然后，使用调合器将约0.04g的按80℃保温的前述的光学材料吐出到了室温(23℃)的平面状的金属模具11上。由于关于实验例8、9不能使用调合器进行滴定，故使用刮勺在金属模具上滴定了适当的量。金属模具温度通过调温控制被控制在±1.0℃以内。比较实验例5的材料虽然也稍微有些结晶化，但还没有达到不能进行成形的程度。此外，关于其他的实验例6～9，因为没有产生结晶化，故在金属模具上隔置50μm的隔垫，在光学材料上载置被保温在与各个金属模具温度相同的温度上的透镜毛坯3，将光学材料填充在了透镜毛坯3和金属模具11之间。进而，从透镜毛坯3的方向按40mW照射300s中心波长为365nm的紫外线进行了硬化。从金属模具11上离型上述硬化物便得到了光学元件14。
实施例5～实验例7的由N-乙烯基咔唑、聚乙烯基咔唑和(光聚合开始剂)的混合物构成的光学材料可以成形良好的光学元件。此外，实验例8、实验例9虽然也可以成形良好的光学元件，但因为在金属模具上吐出光学材料时不能使用调合器，故如果从批量生产的角度考虑，在产业上进行实施比较困难。另外，比较实验例1的由N-乙烯基咔唑(和光聚合开始剂的混合物)构成的光学材料因在吐出到金属模具上的时刻就产生了结晶化并硬化，所以，没能成形所期望的形状。
进而，对比较实验例5的光学材料进行了示差扫描热量测量，其结果示于图3。图3中，横轴是温度，纵轴是热量。如图3所示的那样，比较实验例5的结晶融解温度约为66℃，结晶化温度约为24℃。即由此可知，比较实验例5所示的光学材料在作为常温(22℃～28℃)的约24℃下就已经结晶化了。
此外，对各实验例5～9也进行了与比较实验例5同样的示差扫描热量测量，根据它们的结果，分别用图4A给出了结晶融解温度，用图4B给出了结晶化温度。但是，实验例7没能观测到结晶化的峰值，此外，关于实验例8、9，结晶化、融解也没能观测到峰值。如根据图4A、图4B可知的那样，越是增加对应N-乙烯基咔唑的聚乙烯基咔唑量，则结晶融解温度以及结晶化温度越是下降。如由图4B可知的那样，实施例5的结晶化温度约为20℃，实施例6的结晶化温度约为14℃。
因而，作为光学材料，N-乙烯基咔唑/聚乙烯基咔唑的值取为约90/10～70/30的范围最为合适。
此外，作为上述光学材料的粘度，将之调整在50mPa·s以上、5000mPa·s以下的范围最为合适。
【第2实施形态】
使用图5对本发明的第2实施形态中的衍射光学元件的构成进行说明。图5中，24、34是具有衍射构造的衍射光学元件。在光学元件22、32上利用光学材料22、32形成了衍射光栅形状。各衍射光栅形状被设计为使400nm到700nm的波长区域的光束集中到设计级数上，各个光栅间的间隙是80μm。在光学材料22中使用前述第1实施形态中的由N-乙烯基咔唑、聚乙烯基咔唑和(光聚合开始剂)的混合物构成的光学材料，光栅高度是3.91μm。此外，在光学元件32上使用作为光硬化性树脂的GRANDIC_RC-8922(大日本墨水化学工业制)，光栅高度是6.45μm。23、33是透镜毛坯。衍射光学元件24、34通过进行组合，使相互的衍射光栅中介于隔垫40对向，形成2层衍射光学元件50。在2层衍射光学元件50的透镜毛坯23、33的表面上，成膜有防反射膜25、35。
衍射光学元件24、34利用与给出了上述的第1实施形态的图1A～图1C同样的方法进行了光栅复制成形。成形后，在与光栅复制成形面相反面的透镜毛坯侧，成膜有用于加大在使用波长区域的光线透过率(衍射效率)的防反射膜25、35。在成膜防反射膜25、35后，相向重合这些各衍射光学元件24、34的光栅复制成形面，使之对称地重合光栅前端的位置，平行地贴合了衍射光学元件24、34使之达到1.5μm的间隔。采用这样的做法成形了2层衍射光学元件50。这里，本实施形态是对具有光栅形状的衍射光学元件进行的说明，但本实施形态并非仅限于此，只要是具有微细形状或自由曲面等期望的形状的光学元件，全部都可以适用。
【实施例3】
在实施例3中，混合N-乙烯基咔唑(东京化成工业股份有限公司制)7.9g、聚乙烯基咔唑(阿库劳斯公司制)1.0g以及作为光聚合开始剂欧加固化剂(イルガキユア)184(チバスベシマリテイ·ケミカル制)0.1g，在80℃下加热2小时进行了溶解后，进行充分搅拌作成了光硬化树脂22。然后，使用调合器将约0.04g按80℃保温的光学材料22吐出到室温的金属模具上。金属模具温度通过调温控制被控制在±1.0℃以内。因为没有产生结晶化，故在光学材料上慢慢地使室温的透镜毛坯23接触了液体后，缓慢地进行压着并不使气泡进入地进行推压扩展，使光学材料22填充在了透镜毛坯23和金属模具之间。进而，从玻璃板方向按40mW照射300s中心波长为365nm的紫外线进行了硬化。从金属模具上离型上述硬化物便得到了本实施例3的光学元件50。
同样地将GRANDIC_RC-8922作为光学材料32，同样地使用金属模具使光学元件24接触液体、压着、填充后，从透镜毛坯33方向按40mW照射250s中心波长为365nm的紫外线使之硬化，从金属模具上离型，得到了光学元件34。在光学元件24、34上设置防反射膜，平行地贴合光学元件24和光学元件34，成形了2层衍射光学元件50。
图6给出了本实施例的衍射光学元件50的衍射效率测量结果。图6中，横轴是波长，纵轴是此时的衍射效率。如由图6可知的那样，衍射光学元件50在作为光学元件有效的波长400nm～700nm内，可以成为衍射效率达到95％以上的具有非常高的衍射效率的衍射光学元件。
【第3实施形态】
第3实施形态是在投影光学系统中使用通过前述的第1、第2实施形态给出的衍射光学元件的形态。投影光学系统示于图7。图7中，71是光源，72是标线片，73是投影光学系统78的透镜镜筒，74是透镜，75是本发明的衍射光学元件，76是晶片，77是晶片载置台。
衍射光学元件75设置的目的是用于校正透镜74的色差。利用晶片载置台77将晶片76确定在期望的位置上，利用没有图示的聚焦检测装置，将晶片高度调整到聚焦位置。这里，对应情况利用没有图示的检测系统对已经被进行了曝光的晶片下的涂层的标记进行标线片对准。在完成了聚焦和对准时，打开没有图示的快门，利用来自光源71的照明光照明标线片，利用投影光学系统78将标线片72上的电路图案投影曝光在晶片76的刻蚀剂上。
这样进行了曝光的晶片76中介于众所周知的显像处理工序或刻蚀工序等成为了多个器件。具有涉及本发明的光学元件的光学系统也可以同样地适用于图像形成用的光学机器或照明用的照明装置等。此外，作为本发明的光学元件，除了衍射光学元件以外，还可以使用具有所期望的形状的光学元件。
【第4实施形态】
第4实施形态是在摄影光学系统中使用通过前述的第1、第2实施形态给出的衍射光学元件的形态。摄影光学系统示于图8。图8中，摄影光学系统88分别具有至少一个以上的衍射光学元件85、折射光学元件83、光阑84。图8中给出了来自入射到摄影光学系统88的物体的光束成像在感光部(摄像装置)86上的状态。
衍射光学元件85的设计级数的衍射光经过像差校正，可以通过与折射光学元件83的合成在特定的波长区域得到良好的光学性能。感光部86由具有不同的分光灵敏度的多个感光体构成，是一种可以通过合成来自分光灵敏度不同的感光体的图像得到彩色图像的构成。这里，作为感光部86，通常可以使用CCD、银盐胶片、感光体以及人眼等。
如上述说明过的这样，根据本发明，通过使用至少由N-乙烯基咔唑和聚乙烯基咔唑以及光聚合开始剂构成的光学材料，即使在室温下的成形中也可以抑制光学材料的结晶化，适当地控制适合于光栅复制成形的滴定量。
此外，通过将N-乙烯基咔唑和聚乙烯基咔唑的比例取为N-乙烯基咔唑/上述聚乙烯基咔唑＝90/10～70/30，可以做成更适合于室温下的光栅复制成形的光学材料。

Claims (11)

1.一种光学材料，利用光聚合来成形光学元件，其特征在于：包括
·N-乙烯基咔唑；
·聚乙烯基咔唑；以及
·光聚合开始剂。
2.根据权利要求1所述的光学材料，其特征在于：
上述N-乙烯基咔唑与上述聚乙烯基咔唑的比例为N-乙烯基咔唑/上述聚乙烯基咔唑＝90/10～70/30的范围。
3.一种光学元件的成形方法，其特征在于：包括以下工序
·向成形型具提供权利要求1所述的光学材料；
·在该光学材料上配置基板；
·在该成形型具和该基板的内部利用光聚合反应来使该光学材料硬化并与该基板一体化；以及
·使该一体化了的该光学材料和该基板从成形型具上分开。
4.根据权利要求3所述的光学元件的成形方法，其特征在于：
上述光学材料的粘度被预先调整在50mPa·s以上、5000mPa·s以下的范围。
5.根据权利要求3所述的光学元件的成形方法，其特征在于：
上述光聚合反应在22℃～28℃的温度下进行。
6.一种光学元件，其特征在于具有以下构成：
·利用上述权利要求1所述的光学材料形成的具有所希望的形状的光学构件；以及
·在其表面上形成了该光学构件的基板。
7.根据权利要求6所述的光学元件，其特征在于：
利用该光学材料形成的所希望的形状是光栅形状。
8.一种层叠型衍射光学元件，其特征在于具有以下构成：
·第1衍射光学元件，包括利用上述权利要求1所述的光学材料形成的具有衍射形状的光学构件和在其表面上形成了该光学构件的基板；
·第2衍射光学元件，包括由与形成第1衍射光学元件的光学材料不同的色散的材料构成的具有衍射形状的光学构件和在其表面上形成了该光学构件的基板；
其中，第2衍射光学元件是与该第1衍射光学元件层叠后固定。
9.一种光学系统，其特征在于：具有权利要求7所述的光学元件。
10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于：该光学系统是投影光学系统。
11.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于：该光学系统是摄影光学系统。
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