CN1495440A - 光学材料、光学元件、光学系统、层叠型衍射光学元件 - Google Patents

光学材料、光学元件、光学系统、层叠型衍射光学元件 Download PDF

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CN1495440A CNA031557023A CN03155702A CN1495440A CN 1495440 A CN1495440 A CN 1495440A CN A031557023 A CNA031557023 A CN A031557023A CN 03155702 A CN03155702 A CN 03155702A CN 1495440 A CN1495440 A CN 1495440A
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Abstract

本发明能够通过用d线的折射率nd与阿贝数vd的关系为nd＞－6.667×10－3vd+1.70和阿贝数vd为vd≤16的光学材料，提供在全部可见区域中各使用波长区域的衍射效率高，在使用波长的全部区域中集中特定级数(设计级数)的光线的光学元件。

Description

光学材料、光学元件、 光学系统、层叠型衍射光学元件
发明领域
本发明涉及用作透镜、滤光器、镜子的光学元件，特别是涉及由折射率色散高的光学材料构成的衍射光学元件和折射光学元件。
背景技术
至今在只由光的折射构成的折射光学系统中，通过组合色散特性不同的玻璃材料来减少色差。例如，在望远镜等的物镜中用色散小的玻璃制成正透镜，用色散大的玻璃制成负透镜，将它们组合起来使用而对在轴上出现的色差进行校正。为此，在透镜的构成、个数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难的。
又，在SPIE VoL.1354 International Lens DesignConference(1990)中，揭示了在透镜面和/或光学系统的一部分中，通过用具有衍射光栅的衍射光学元件减少色差的方法。这是利用在作为光学元件的折射面和衍射面中，对某个基准波长的光线的发生色差的方向是相反这样的物理现象的方法。进一步，这种衍射光学元件，通过改变它的衍射光栅的周期构造中的周期，能够具有与非球面透镜同等的效果。因此，对于减少色差具有非常大的效果。
这里，我们说明光线的衍射作用。一般地说，入射到作为折射系统的光学元件的球面和非球面透镜的1条光线，由该球面和非球面折射后还成为1条光线。与此相反，入射到作为衍射系统的光学元件的衍射光学元件的1条光线，由于衍射作用被分成各级的多条光线。
因此，为了充分发挥用作光学系统的衍射光学元件的特长，必须将使用波长区域的光束集中在特定的级数(以后也称为设计级数)中。当将使用波长区域的光束集中在设计级数中时，在此以外的衍射级数的衍射光的强度变得非常低。因此，设计级数以外的光线不能成为在与设计级数的光线不同的地方成象的光斑光。
在特开平09-127321号(专利文献1)、特开平09-127322号(专利文献2)、特开平11-044808号(专利文献3)、特开平11-044810号(专利文献4)中揭示了为了将使用波长区域的光束集中在设计级数中，预先决定衍射光栅的光栅构造，充分提高衍射效率的构成。它们是通过将多个光学元件组合起来形成层叠型光学元件，最适合地选择各光学元件的折射率色散和在光学元件的境界面上形成的光栅的形状，在广波长范围内具有高衍射效率的构成。具体地说，通过在基片上层叠多种光学材料，在它的境界面的至少一个面上形成立体图案、阶段形状、开诺形状等，形成所要的衍射光学元件。
[专利文献1]特开平09-127321号
[专利文献2]特开平09-127322号
[专利文献3]特开平11-044808号
[专利文献4]特开平11-044810号
在这些现有的专利中，为了得到在广波长范围内具有高衍射效率的构成，将相对地折射率色散低的材料和折射率色散高的材料组合起来。具体地说，在特开平09-127321号的情形中，作为折射率色散低的材料用BMS81(nd＝1.64，νd＝60.1：オハラ制造)，作为折射率色散高的材料用塑料光学材料PC(nd＝1.58，νd＝30.5：帝人化成制造)。同样地，在特开平09-127322号的情形中，作为折射率色散低的材料用LaL14(nd＝1.698，νd＝55.5：オハラ制造)、丙烯树脂(nd＝1.49，νd＝57.7)、Cytop(nd＝1.34149，νd＝93.8：旭硝子制造)，作为折射率色散高的材料用塑料光学材料PC(nd＝1.58，νd＝30.5：帝人化成制造)。在特开平11-044808号和特开平11-044810号的情形中，作为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)，作为折射率色散高的材料用塑料光学材料PC(nd＝1.58，νd＝30.5：帝人化成制造)、PS(nd＝1.5918，νd＝31.1)等。
图1是表示作为光学材料正在市场中出售的材料的阿贝数和折射率的曲线图。在图1中，纵轴为折射率(nd)，横轴为阿贝数(νd)。上述的特开平09-127321号、特开平09-127322号、特开平11-044808号、特开平11-044810号中记载的光学材料都包含在图1中。如从图1可以看到的那样，一般光学材料的折射率满足nd＞-6.667×10-3νd+1.70。又，图中所示的直线为nd＝-6.667×10-3νd+1.70。
在多层衍射光学元件的构成中，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，构成的光学元件的衍射效率越高，光学元件的画面视角越广。又因此，为了达到进一步提高衍射光学元件的功能的目的，需要使用折射率色散更高(阿贝数小)的材料，从而能够更正确地校正色差。在图1所示的有机高分子光学材料中阿贝数最小的材料是阿贝数为17.3的聚乙烯咔唑(PVCZ)。
但是近年来，对光学元件提出了更严格的特性要求。因此，为了在衍射光学元件中，将使用波长区域的光束集中在设计级数中，提高衍射效率，不仅需要通过只使用折射率色散高的材料和折射率色散低的材料，将使用波长区域(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°的光损失率在3.40％以下的光学特性。阿贝数为17.3的聚乙烯咔唑(PVCZ)，如后述的比较例1所示的那样，在使用波长区域(400nm～700nm)中的衍射效率在95％以上，但是不能够满足在入射角10°的光损失率在3.40％以下的条件。即，不能达到将使用波长区域的光束集中在特定级数中，得到所要的高衍射效率的目的。
发明内容
本发明的目的是提供通过使用由折射率nd为nd＞-6.667×10-3νd+1.70，阿贝数νd为νd≤16的光学材料构成的光学元件，提高在全部可见区域中的衍射效率，并且在各入射角度中的一级衍射光强度的光损失率小，将使用波长区域的光束集中在特定级数中的光学元件。
因此，在本发明中，为了达到上述目的，提供d线的折射率(nd)与阿贝数(νd)的关系为nd＞-6.667×10-3νd+1.70，阿贝数(νd)为νd≤16的光学材料和由该光学材料形成的光学元件。
又本发明提供由d线的折射率(nd)与阿贝数(νd)的关系为nd＞-6.667×10-3νd+1.70，阿贝数(νd)为νd≤16的光学材料形成的，具有一方的表面是具有衍射形状的衍射面的第1衍射光学元件、和由阿贝数比该第1衍射光学元件大，一方的表面是具有衍射形状的衍射面的第2衍射光学元件，该第1衍射光学元件和第2衍射光学元件的衍射面相互对置地进行配置的层叠型衍射光学元件。
又本发明提供在至少由2层构成，各层由不同的光学材料形成的层叠型衍射光学元件中，由d线的折射率(nd)与阿贝数(νd)的关系为nd＞-6.667×10-3νd+1.70，阿贝数(νd)为νd≤16的第1光学材料形成的，具有一方的表面是具有衍射形状的衍射面的第1层、和由阿贝数比该第1光学材料大，一方的表面是具有衍射形状的衍射面的第2层的层叠型衍射光学元件。
又本发明提供由TiO2、Nb2O5、Cr2O3、BaTiO3中的至少一种无机物质构成的光学材料和层叠型衍射光学元件。
又本发明提供含有无机微粒的聚合物的光学材料和层叠型衍射光学元件。
又本发明提供上述聚合物是聚乙烯咔唑，上述无机微粒是TiO2微粒、Nb2O5微粒、Cr2O3微粒、BaTiO3微粒中的至少一种的光学材料和层叠型衍射光学元件。
又本发明提供上述无机微粒的粒子直径为2～100nm的光学材料和层叠型衍射光学元件。
又本发明提供上述光学元件的表面是形成衍射形状的衍射面的衍射光学元件。
又本发明提供包含上述层叠型衍射光学元件的光学系统。
又本发明提供的上述光学系统是投影光学系统或摄影光学系统的光学系统。
从下面的结合附图所作的说明，本发明的上述和其它的目的将变得更加清楚。
附图说明
图1是表示一般光学材料中的折射率和阿贝数的分布的曲线图。
图2A、2B和2C是表示实施例1中的光学材料的成形过程的截面图。
图3A、3B和3C是表示实施例1中的光学材料的成形过程的截面图。
图4是表示实施例1中的多层衍射光学元件的构造的截面图。
图5是表示实施例1中的多层衍射光学元件的一级衍射光强度的曲线图。
图6是表示实施例1中的多层衍射光学元件的光损失率的曲线图。
图7A、7B和7C是表示比较例1中的光学元件的成形过程的截面图。
图8是表示比较例1中的多层衍射光学元件的构造的截面图。
图9是表示实施例1中的多层衍射光学元件的一级衍射光强度的曲线图。
图10是表示比较例1中的多层衍射光学元件的光损失率的曲线图。
图11A、11B和11C是表示实施例2中的光学元件的成形过程的截面图。
图12是表示实施例2中的多层衍射光学元件的构造的截面图。
图13是表示实施例2中的多层衍射光学元件的一级衍射光强度的曲线图。
图14是表示实施例2中的多层衍射光学元件的光损失率的曲线图。
图15A、15B和15C是表示实施例3中的光学元件的成形过程的截面图。
图16是表示实施例3中的多层衍射光学元件的构造的截面图。
图17是表示实施例3中的多层衍射光学元件的一级衍射光强度的曲线图。
图18是表示实施例3中的多层衍射光学元件的光损失率的曲线图。
图19A、19B和19C是表示实施例4中的光学元件的成形过程的截面图。
图20是表示实施例4中的多层衍射光学元件的构造的截面图。
图21是表示实施例4中的多层衍射光学元件的一级衍射光强度的曲线图。
图22是表示实施例4中的多层衍射光学元件的光损失率的曲线图。
图23A、23B、23C、23D、23E、23F、23G、23H和23I是表示实施例5中的光学元件的成形过程的截面图。
图24是表示实施例5中的多层衍射光学元件的构造的截面图。
图25是表示实施例5中的多层衍射光学元件的一级衍射光强度的曲线图。
图26是表示实施例5中的多层衍射光学元件的光损失率的曲线图。
图27A、27B、27C、27D、27E、27F、27G、27H和27I是表示实施例6中的光学元件的成形过程的截面图。
图28是表示实施例6中的多层衍射光学元件的构造的截面图。
图29是表示实施例6中的多层衍射光学元件的一级衍射光强度的曲线图。
图30是表示实施例6中的多层衍射光学元件的光损失率的曲线图。
图31A、31B、31C、31D、31E、31F、31G、31H和31I是表示实施例7中的光学元件的成形过程的截面图。
图32是表示实施例7中的多层衍射光学元件的构造的截面图。
图33是表示实施例7中的多层衍射光学元件的一级衍射光强度的曲线图。
图34是表示实施例7中的多层衍射光学元件的光损失率的曲线图。
图35A、35B、35C、35D、35E、35F、35G、35H和35I是表示实施例8中的光学元件的成形过程的截面图。
图36是表示实施例8中的多层衍射光学元件的构造的截面图。
图37是表示实施例8中的多层衍射光学元件的一级衍射光强度的曲线图。
图38是表示实施例8中的多层衍射光学元件的光损失率的曲线图。
图39A、39B、39C、39D、39E是表示比较例2中的光学元件的成形过程的截面图。
图40是表示比较例2中的多层衍射光学元件的构造的截面图。
图41是表示比较例2中的多层衍射光学元件的一级衍射光强度的曲线图。
图42是表示比较例2中的多层衍射光学元件的光损失率的曲线图。
图43是表示3层的多层衍射光学元件的截面图。
图44是第2实施形态中的投影光学系统的模式图。
图45是第3实施形态中的摄影光学系统的模式图。
具体实施方式
(第1实施形态)
本发明者研讨了通过在聚合物等的光学材料中包含在通常光学材料中不使用的阿贝数小的无机氧化物的微粒，从而能否制成阿贝数小的光学材料。作为阿贝数小的无机氧化物，可以考虑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。
可是这些无机氧化物是通常构成防止反射膜的材料，多数情形是它们的厚度在50～500nm范围内使用。但是，通过真空成膜调整形状可能用在50nm以下厚度的衍射光学元件中。又，通过与作为基质聚合物在市场中出售的UV硬化树脂的组合，能够非常容易地制造成光学材料。又也可以容易地调整形状，容易适用于折射光学元件和衍射光学元件。
又，当用无机氧化物时，希望它的粒子直径为2～100nm。粒子直径比100nm大时混合物的光散射变大，不能用作光学元件。又，粒子直径在2nm以下时表面的量子效果增大，不能表示出无机氧化物的特性。
又，作为包含无机氧化物的聚合物，能够均匀地混合并色散微粒的聚乙烯咔唑是最适合的。包含无机氧化物的聚乙烯咔唑物是通过在N-乙烯基咔唑中添加无机氧化物微粒，并使它硬化得到的。但是，包含无机氧化物的聚合物不限于聚乙烯咔唑，作为光学材料最好满足nd＞-6.667×10-3νd+1.70和νd≤16的条件。又，通过使阿贝数νd为νd≤16，能够提高光学元件的数值孔径，也可以使光学元件的厚度进一步变薄。因此，能够更容易地使用上述无机氧化物作为光学材料。
(实施例1)
我们参照图2A～2C、图3A～3C、图4、图5和图6，说明实施例1中的层叠型衍射光学元件的构成及其制造方法。首先，在100g以10w％色散平均粒子直径10nm的TiO2微粒的三氯甲烷溶液中添加12g聚乙烯咔唑(东京化成工业公司制造)和0.15g光开始剂1-羟基-环己-苯-酮后，通过减压除去三氯甲烷制成光学原料2。
其次，如图2A所示，将光学原料2供给加工成衍射光栅形状的金属模具1。其次，如图2B所示，将玻璃(BK7)平板3放在光学原料2上，在使每个模具保持在70℃的状态中用UV曝光机(EX250：HOYA-SCHOTT公司制造)以20000mJ/cm2(100mW/cm2，200秒)进行照射。此后，如图2C所示，使硬化了的光学元件2′脱离金属模具1制成衍射光学元件4。该光学原料2通过UV曝光硬化进行聚合，形成聚乙烯咔唑和TiO2微粒的光学材料。又，形成该光学元件2′的光学材料的光学特性为(nd＝1.824，νd＝15.1)。该光学特性同时满足nd＞-6.667×10-3νd+1.70、νd≤16的条件。
另一方面，为了形成另一个光学元件，准备光学特性为(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化树脂6作为光学材料。如图3A所示，使光硬化树脂6流入加工成衍射光栅形状的金属模具5。将玻璃(BK7)平板7放在它的上面，如图3B所示进行加压。此后，用图中未画出的UV曝光机(EX250：HOYA-SCHOTT公司制造)以3000mJ/cm2(100mW/cm2，30秒)进行照射后，如图3C所示，使硬化了的光硬化树脂6脱离金属模具5制成衍射光学元件8。
其次，在衍射光学元件4和衍射光学元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如图4所示，使衍射光栅相互对置地进行组合制成层叠型衍射光学元件10。9是决定衍射光学元件4和衍射光学元件8的间隔的隔片。衍射光学元件4和衍射光学元件8的各光栅间距都是80.00μm。衍射光学元件4和衍射光学元件8的相互的衍射光栅的谷间间隔为9.89μm，峰间间隔为1.50μm。衍射光学元件4的峰的高度为2.78μm，衍射光学元件8的峰的高度为5.61μm。
图5是表示在制造的层叠型衍射光学元件10中，入射角度0°的一级衍射光的各波长(400nm～700nm)的强度的曲线图。横轴表示波长，纵轴表示衍射效率。在图5中，层叠型衍射光学元件10的衍射效率在使用波长的全部区域的400nm～3700nm的范围内达到95％以上，可以说表示了非常良好的强度的波长分布。
又，图6是表示当改变到层叠型衍射光学元件10的入射角度时，在各入射角度上的次级衍射光的强度降低比例的曲线图。横轴表示入射角，纵轴表示光的损失率。在图6中，入射角越大损失率越高，但是在入射角10°的光损失率为3.27％，在3.40％以下。因此该值表示了非常良好的特性，我们能够说层叠型衍射光学元件10使光线充分集中在特定级数上。
(比较例1)
下面，我们参照图7A～7C、图3A～3C、图8、图9、图10，说明比较例1中的层叠型衍射光学元件的构成及其制造方法。作为比较例1，用添加1％的光开始剂1-羟基-环己-苯-酮的N-乙烯基咔唑(东京化成工业公司制造)制造光学原料202。
其次，如图7A所示，将光学原料202供给金属模具201。其次，如图7B所示，用玻璃(BK7)平板203压在光学原料202上，在使每个模具保持在70℃的状态中用图中未画出的UV曝光机(EX250：HOYA-SCHOTT公司制造)以20000mJ/cm2(100mW/cm2，200秒)进行照射。此后，如图7C所示，使光硬化树脂202脱离金属模具201制成衍射光学元件204。通过UV曝光硬化该光硬化树脂202进行聚合形成由聚乙烯咔唑构成的光学材料。该光学材料的光学特性为(nd＝1.702，νd＝17.4)。该光学特性满足nd＞-6.667×10-3νd+1.70的条件，但是不满足νd≤16的条件。
另一方面，作为用于形成另一个光学元件的光学材料，与实施例1同样地准备光学特性为(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化树脂6。用与图3A～3C所示的实施例1同样的方法制造衍射光学元件8。
其次，在衍射光学元件204和衍射光学元件8上形成防止反射膜后，如图8所示，使衍射光栅相互对置地进行组合制成层叠型衍射光学元件210。2C9是决定衍射光学元件204和衍射光学元件8的间隔的隔片。衍射光学元件204和衍射光学元件8的各光栅间距是80.00μm。衍射光学元件204和衍射光学元件8的相互的衍射光栅的谷间间隔为11.87μm，峰间间隔为1.50μm。衍射光学元件204的峰的高度为3.92μm，衍射光学元件8的峰的高度为6.45μm。
图9是表示在制造的层叠型衍射光学元件210中，入射角度0°的一级衍射光的各波长(400nm～700nm)的强度的曲线图。横轴表示波长，纵轴表示衍射效率。在图9中，层叠型衍射光学元件210的衍射效率在使用波长的全部区域的波长400nm～700nm的范围内达到95％以上，可以说表示了非常良好的强度的波长分布。
但是，图10是表示当改变到层叠型衍射光学元件210的入射角度时，在各入射角度上的次级衍射光的强度降低比例的曲线图。横轴表示入射角，纵轴表示光的损失率。又为了进行比较在图10中也一起显示了实施例1的图6的值。在图10中，入射角越大损失率越高，在入射角10°的光损失率为3.52％。这个值在要求的光损失率的值3.40％以上。因此我们不能够说层叠型衍射光学元件210作为层叠型衍射光学元件使光线充分集中在特定级数上。
(实施例2)
下面，我们参照图11A～11C、图3A～3C、图12、图13、图14，说明实施例2中的层叠型衍射光学元件的构成及其制造方法。首先，在100g以10w％色散平均粒子直径10nm的Nb2O3微粒的三氯甲烷溶液中添加12gN-聚乙烯咔唑(东京化成工业公司制造)和0.15g光开始剂1-羟基-环己-苯-酮后，通过减压除去三氯甲烷制成光学原料12。
其次，如图11A所示，将光学原料12供给加工成衍射光栅形状的金属模具11。其次，如图11B所示，将玻璃(BK7)平板13放在光学原料12上，在使每个模具保持在70℃的状态中用UV曝光机(EX250：HOYA-SCHOTT公司制造)以20000mJ/cm2(100mW/cm2，200秒)进行照射。此后，如图11C所示，使硬化了的光学元件12′脱离金属模具11制成衍射光学元件14。该光学原料12通过UV曝光硬化进行聚合，形成聚乙烯咔唑和Nb2O3微粒的光学材料。又，形成该光学元件12′的光学材料的光学特性为(nd＝1.850，νd＝16.0)。该光学特性同时满足nd＞-6.667×10-3νd+1.70、νd≤16的条件。
另一方面，作为用于形成另一个光学元件的光学材料，与实施例1同样地准备光学特性为(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化树脂6。用与图3A～3C所示的实施例1同样的方法制造衍射光学元件8。
其次，在衍射光学元件14和衍射光学元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如图12所示，使衍射光栅相互对置地进行组合制成层叠型衍射光学元件20。19是决定衍射光学元件14和衍射光学元件8的间隔的隔片。衍射光学元件14和衍射光学元件8的各光栅间距是80.00μm。衍射光学元件4和衍射光学元件8的相互的衍射光栅的谷间间隔为10.41μm，峰间间隔为1.50μm。衍射光学元件14的峰的高度为2.92μm，衍射光学元件8的峰的高度为5.99μm。
图13是表示在制造的层叠型衍射光学元件20中，入射角度0°的一级衍射光的各波长(400nm～700nm)的强度的曲线图。横轴表示波长，纵轴表示衍射效率。在图13中，层叠型衍射光学元件20的衍射效率在使用波长的全部区域的波长400nm～700nm的范围内达到95％以上，可以说表示了非常良好的强度的波长分布。
又，图14是表示当改变到层叠型衍射光学元件20的入射角度时，在各入射角度上的次级衍射光的强度降低比例的曲线图。横轴表示入射角，纵轴表示光的损失率。在图14中，入射角越大损失率越高，但是在入射角10°的光损失率为3.40％。因此这个值表示非常良好的特性，我们能够说层叠型衍射光学元件20使光线充分集中在特定级数上。
(实施例3)
下面，我们参照图15A～15C、图3A～3C、图16、图17、图18，说明实施例3中的层叠型衍射光学元件的构成及其制造方法。首先，在130g以10w％色散平均粒子直径10nm的Cr2O5微粒的三氯甲烷溶液中添加12gN-聚乙烯咔唑(东京化成工业公司制造)和0.15g光开始剂1-羟基-环己-苯-酮后，通过减压除去三氯甲烷制成光学原料22。
其次，如图15A所示，将光学原料22供给加工成衍射光栅形状的金属模具21。其次，如图15B所示，将玻璃(BK7)平板23放在光学原料22上，在使每个模具保持在70℃的状态中用UV曝光机(EX250：HOYA-SCHOTT公司制造)以20000mJ/cm2(100mW/cm2，200秒)进行照射。此后，如图15C所示，使硬化了的光学元件22′脱离金属模具21制成衍射光学元件24。该光学原料22通过UV曝光硬化进行聚合，形成聚乙烯咔唑和Cr2O5微粒的光学材料。又，形成该光学元件22′的光学材料的光学特性为(nd＝1.824，νd＝15.9)。该光学特性同时满足nd＞-6.667×10-3νd+1.70、νd≤16的条件。
另一方面，作为用于形成另一个光学元件的光学材料，与实施例1同样地准备光学特性为(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化树脂6。用与图3A～3C所示的实施例1同样的方法制造衍射光学元件8。
其次，在衍射光学元件24和衍射光学元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如图16所示，使衍射光栅相互对置地进行组合制成层叠型衍射光学元件30。29是决定衍射光学元件24和衍射光学元件8的间隔的隔片。衍射光学元件24和衍射光学元件8的各光栅间距都是80.00μm。衍射光学元件24和衍射光学元件8的相互的衍射光栅的谷间间隔为10.50μm，峰间间隔为1.50μm。衍射光学元件24的峰的高度为2.94μm，衍射光学元件8的峰的高度为6.06μm。
图17是表示在制成的层叠型衍射光学元件30中，入射角度0°的一级衍射光的各波长(400nm～700nm)的强度的曲线图。横轴表示波长，纵轴表示衍射效率。在图17中，层叠型衍射光学元件30的衍射效率在使用波长的全部区域的波长400nm～700nm的范围内达到95％以上，可以说表示了非常良好的强度的波长分布。
又，图18是表示当改变到层叠型衍射光学元件30的入射角度时，在各入射角度上的次级衍射光的强度降低比例的曲线图。横轴表示入射角，纵轴表示光的损失率。在图18中，入射角越大损失率越高，但是在入射角10°的光损失率为3.40％。因此这个值表示非常良好的特性，我们能够说层叠型衍射光学元件30使光线充分集中在特定级数上。
(实施例4)
下面，我们参照图19A～19C、图3A～3C、图20、图21、图22，说明实施例4中的层叠型衍射光学元件的构成及其制造方法。首先，在100g以10w％色散平均粒子直径10nm的BaTiO3微粒的三氯甲烷溶液中添加12gN-聚乙烯咔唑(东京化成工业公司制造)和0.15g光开始剂1-羟基-环己-苯-酮后，通过减压除去三氯甲烷制成光学原料32。
其次，如图19A所示，将光学原料32供给加工成衍射光栅形状的金属模具31。其次，如图19B所示，将玻璃(BK7)平板33放在光学原料32上，在使每个模具保持在70℃的状态中用UV曝光机(EX250：HOYA-SCHOTT公司制造)以20000mJ/cm2(100mW/cm2，200秒)进行照射。此后，如图19C所示，使硬化了的光学元件32′脱离金属模具31制成衍射光学元件34。该光学原料32通过UV曝光硬化进行聚合，形成聚乙烯咔唑和BaTiO3微粒的光学材料。又，形成该光学元件32′的光学材料的光学特性为(nd＝1.867，νd＝14.7)。该光学特性同时满足nd＞-6.667×10-3νd+1.70、νd≤16的条件。
另一方面，作为用于形成另一个光学元件的光学材料，与实施例1同样地准备光学特性为(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化树脂6。用与图3A～3C所示的实施例1同样的方法制造衍射光学元件8。
其次，在衍射光学元件34和衍射光学元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如图20所示，使衍射光栅相互对置地进行组合制成层叠型衍射光学元件40。39是决定衍射光学元件34和衍射光学元件8的间隔的隔片。衍射光学元件34和衍射光学元件8的各光栅间距都是80.00μm。衍射光学元件34和衍射光学元件8的相互的衍射光栅的谷间间隔为9.60μm，峰间间隔为1.50μm。衍射光学元件34的峰的高度为2.64μm，衍射光学元件8的峰的高度为5.46μm。
图21是表示在制成的层叠型衍射光学元件40中，入射角度0°的一级衍射光的各波长(400nm～700nm)的强度的曲线图。横轴表示波长，纵轴表示衍射效率。在图21中，层叠型衍射光学元件40的衍射效率在使用波长的全部区域的波长400nm～700nm的范围内达到95％以上，可以说表示了非常良好的强度的波长分布。
又，图22是表示当改变到层叠型衍射光学元件40的入射角度时，在各入射角度上的次级衍射光的强度降低比例的曲线图。横轴表示入射角，纵轴表示光的损失率。在图22中，入射角越大损失率越高，但是在入射角10°的光损失率为3.24％，在3.40％以下。因此这个值表示非常良好的特性，我们能够说层叠型衍射光学元件40使光线充分集中在特定级数上。
(实施例5)
下面，我们参照图23A～23C、图3A～3C、图24、图25、图26，说明实施例5中的层叠型衍射光学元件的构成及其制造方法。首先，加入添加了1％光开始剂1-羟基-环己-苯-酮的甲基丙烯酸甲基制成光学原料42。其次，如图23A所示，将光学原料42供给加工成衍射光栅形状的金属模具41。其次，如图23B所示，将玻璃(BK7)平板43放在光学原料42上，用UV曝光机(EX250：HOYA-SCHOTT公司制造)以3000mJ/cm2(100mW/cm2，30秒)进行照射。此后，如图23C所示，使硬化了的光学元件42’脱离金属模具41制成图23D所示的衍射光学元件44。此后，如图23E所示，在真空度2×10-4Pa中在光学元件42’上作为光学材料形成4μm的TiO2膜45。其次如图23F所示，通过研磨TiO2膜45的表面，形成1条牛顿线以下的平面。此后，如图23G所示，将涂敷了硅烷粘合剂的玻璃平板46粘合在TiO2膜45上。此后，如图23H所示，通过加入甲基·异丁基甲酮溶媒使硬化的PMMA溶解，制成如图23I所示的由TiO2构成的衍射光栅形状47。作为这时的光学材料的TiO2的光学特性为(nd＝2.226，νd＝12.6)。
另一方面，作为用于形成另一个光学元件的光学材料，与实施例1同样地准备光学特性为(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化树脂6。用与图3A～3C所示的实施例1同样的方法制造衍射光学元件8。
其次，在衍射光学元件47和衍射光学元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如图24所示，使衍射光栅相互对置地进行组合制成层叠型衍射光学元件50。49是决定衍射光学元件47和衍射光学元件8的间隔的隔片。衍射光学元件47和衍射光学元件8的各光栅间距都是80.00μm。衍射光学元件47和衍射光学元件8的相互的衍射光栅的谷间间隔为7.80μm，峰间间隔为1.50μm。衍射光学元件47的峰的高度为1.48μm，衍射光学元件8的峰的高度为4.82μm。
图25是表示在制成的层叠型衍射光学元件50中，入射角度0°的一级衍射光的各波长(400nm～700nm)的强度的曲线图。横轴表示波长，纵轴表示衍射效率。在图25中，层叠型衍射光学元件50的衍射效率在使用波长的全部区域的波长400nm～700nm的范围内达到95％以上，可以说表示了非常良好的强度的波长分布。
又，图26是表示当改变到层叠型衍射光学元件50的入射角度时，在各入射角度上的次级衍射光的强度降低比例的曲线图。横轴表示入射角，纵轴表示光的损失率。在图26中，入射角越大损失率越高，但是在入射角10°的光损失率为3.06％，在3.40％以下。因此这个值表示非常良好的特性，我们能够说层叠型衍射光学元件50使光线充分集中在特定级数上。
(实施例6)
下面，我们参照图27A～27C、图3A～3C、图28、图29、图30，说明实施例6中的层叠型衍射光学元件的构成及其制造方法。首先，加入添加了1％光开始剂1-羟基-环己-苯-酮的甲基丙烯酸甲基制成光学原料52。其次，如图27A所示，将光学原料52供给加工成衍射光栅形状的金属模具51。其次，如图27B所示，将玻璃(BK7)平板53放在光学原料52上，用UV曝光机(EX250：HOYA-SCHOTT公司制造)以3000mJ/cm2(100mW/cm2，30秒)进行照射。此后，如图27C所示，使硬化了的光学元件52′脱离金属模具51制成图27D所示的衍射光学元件54。此后，如图27E所示，在真空度2×10-4Pa中在光学元件52′上作为光学材料形成4μm的TiO2膜55。其次如图27F所示，通过研磨Nb2O3膜55的表面，形成1条牛顿线以下的平面。此后，如图27G所示，将涂敷了硅烷粘合剂的玻璃平板56粘合在Nb2O3膜55上。此后，如图27H所示，通过加入甲基·异丁基甲酮溶媒使硬化的PMMA溶解，制成如图27I所示的由Nb2O3构成的衍射光栅形状57。作为这时的光学材料的Nb2O3的光学特性为(nd＝2.367，νd＝14.6)。
另一方面，作为用于形成另一个光学元件的光学材料，与实施例1同样地准备光学特性为(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化树脂6。用与图3A～3C所示的实施例1同样的方法制造衍射光学元件8。
其次，在衍射光学元件57和衍射光学元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如图28所示，使衍射光栅相互对置地进行组合制成层叠型衍射光学元件60。59是决定衍射光学元件57和衍射光学元件8的间隔的隔片。衍射光学元件57和衍射光学元件8的各光栅间距都是80.00μm。衍射光学元件57和衍射光学元件8的相互的衍射光栅的谷间间隔为8.81μm，峰间间隔为1.5μm。衍射光学元件57的峰的高度为1.68μm，衍射光学元件8的峰的高度为5.63μm。
图29是表示在制成的层叠型衍射光学元件60中，入射角度0°的一级衍射光的各波长(400nm～700nm)的强度的曲线图。横轴表示波长，纵轴表示衍射效率。在图29中，层叠型衍射光学元件60的衍射效率在使用波长的全部区域的波长400nm～700nm的范围内达到95％以上，可以说表示了非常良好的强度的波长分布。
又，图30是表示当改变到层叠型衍射光学元件60的入射角度时，在各入射角度上的次级衍射光的强度降低比例的曲线图。横轴表示入射角，纵轴表示光的损失率。在图30中，入射角越大损失率越高，但是在入射角10°的光损失率为3.15％，在3.40％以下。因此这个值表示非常良好的特性，我们能够说层叠型衍射光学元件60使光线充分集中在特定级数上。
(实施例7)
下面，我们参照图31A～31C、图3A～3C、图32、图33、图34，说明实施例7中的层叠型衍射光学元件的构成及其制造方法。首先，加入添加了1％光开始剂1-羟基-环己-苯-酮的甲基丙烯酸甲基制成光学原料62。其次，如图31A所示，将光学原料62供给加工成衍射光栅形状的金属模具61。其次，如图31B所示，将玻璃(BK7)平板63放在光学原料62上，用UV曝光机(EX250：HOYA-SCHOTT公司制造)以3000mJ/cm2(100mW/cm2，30秒)进行照射。此后，如图31C所示，使硬化了的光学元件62′脱离金属模具61制成图31D所示的衍射光学元件64。此后，如图31E所示，在真空度2×10-4Pa中在光学元件62′上作为光学材料形成4μm的Cr2O5膜65。其次如图31F所示，通过研磨Cr2O5膜65的表面，形成1条牛顿线以下的平面。此后，如图31G所示，将涂敷了硅烷粘合剂的玻璃平板66粘合在Cr2O5膜65上。此后，如图31H所示，通过加入甲基·异丁基甲酮溶媒使硬化的PMMA溶解，制成如图31I所示的由Cr2O5构成的衍射光栅形状67。作为这时的光学材料的Cr2O5的光学特性为(nd＝2.218，νd＝14.2)。
另一方面，作为用于形成另一个光学元件的光学材料，与实施例1同样地准备光学特性为(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化树脂6。用与图3A～3C所示的实施例1同样的方法制造衍射光学元件8。
其次，在衍射光学元件67和衍射光学元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如图32所示，使衍射光栅相互对置地进行组合制成层叠型衍射光学元件70。69是决定衍射光学元件67和衍射光学元件8的间隔的隔片。衍射光学元件67和衍射光学元件8的各光栅间距都是80.00μm。衍射光学元件67和衍射光学元件8的相互的衍射光栅的谷间间隔为8.80μm，峰间间隔为1.5μm。衍射光学元件67的峰的高度为1.70μm，衍射光学元件8的峰的高度为5.60μm。
图33是表示在制成的层叠型衍射光学元件70中，入射角度0°的一级衍射光的各波长(400nm～700nm)的强度的曲线图。横轴表示波长，纵轴表示衍射效率。在图33中，层叠型衍射光学元件70的衍射效率在使用波长的全部区域的波长400nm～700nm的范围内达到95％以上，可以说表示了非常良好的强度的波长分布。
又，图34是表示当改变到层叠型衍射光学元件70的入射角度时，在各入射角度上的次级衍射光的强度降低比例的曲线图。横轴表示入射角，纵轴表示光的损失率。在图34中，入射角越大损失率越高，但是在入射角10°的光损失率为3.15％，在3.40以下％。因此这个值表示非常良好的特性，我们能够说层叠型衍射光学元件70使光线充分集中在特定级数上。
(实施例8)
下面，我们参照图35A～35C、图3A～3C、图36、图37、图38，说明实施例8中的层叠型衍射光学元件的构成及其制造方法。首先，加入添加了1％光开始剂1-羟基-环己-苯-酮的甲基丙烯酸甲基制成光学原料72。其次，如图35A所示，将光学原料72供给加工成衍射光栅形状的金属模具71。其次，如图35B所示，将玻璃(BK7)平板73放在光学原料72上，用UV曝光机(EX250：HOYA-SCHOTT公司制造)  3000mJ/cm2(100mW/cm2，30秒)进行照射。此后，如图35C所示，使硬化了的光学元件72′脱离金属模具71制成图35D所示的衍射光学元件74。此后，如图35E所示，在真空度2×10-4Pa中在光学元件72′上作为光学材料形成4μm的BaTiO3膜75。其次如图35F所示，通过研磨BaTiO3膜75的表面，形成1条牛顿线以下的平面。此后，如图35G所示，将涂敷了硅烷粘合剂的玻璃平板76粘合在BaTiO3膜75上。此后，如图35H所示，通过加入甲基·异丁基甲酮溶媒使硬化的PMMA溶解，制成如图35I所示的由BaTiO3膜75构成的衍射光栅形状77。作为这时的光学材料的BaTiO3的光学特性为(nd＝2.436，νd＝12.4)。
另一方面，作为用于形成另一个光学元件的光学材料，与实施例1同样地准备光学特性为(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化树脂6。用与图3A～3C所示的实施例1同样的方法制造衍射光学元件8。
其次，在衍射光学元件77和衍射光学元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如图36所示，使衍射光栅相互对置地进行组合制成层叠型衍射光学元件80。79是决定衍射光学元件77和衍射光学元件8的间隔的隔片。衍射光学元件77和衍射光学元件8的各光栅间距都是80.00μm。衍射光学元件77和衍射光学元件8的相互的衍射光栅的谷间间隔为6.33μm，峰间间隔为1.5μm。衍射光学元件77的峰的高度为0.97μm，衍射光学元件8的峰的高度为3.86μm。
图37是表示在制成的层叠型衍射光学元件80中，入射角度0°的一级衍射光的各波长(400nm～700nm)的强度的曲线图。横轴表示波长，纵轴表示衍射效率。在图37中，层叠型衍射光学元件80的衍射效率在使用波长的全部区域的波长400nm～700nm的范围内达到95％以上，可以说表示了非常良好的强度的波长分布。
又，图38是表示当改变到层叠型衍射光学元件80的入射角度时，在各入射角度上的次级衍射光的强度降低比例的曲线图。横轴表示入射角，纵轴表示光的损失率。在图38中，入射角越大损失率越高，但是在入射角10°的光损失率为3.00％，在3.40以下％。因此这个值表示非常良好的特性，我们能够说层叠型衍射光学元件80使光线充分集中在特定级数上。
(比较例2)
下面，我们参照图39A～39C、图3A～3C、图40、图41、图42，说明比较例2中的层叠型衍射光学元件的构成及其制造方法。作为比较例2，在100g以10w％色散平均粒子直径10nm的TiO2微粒的氟系溶剂中，添加13.8g由下列一般式(1)表示的化合物构造的非晶氟树脂制成光学原料212。
一般式(1)
其次，如图39A所示，使光学原料212流入加工成衍射光栅形状的金属模具211。其次，如图39B所示，通过在70℃加热光学原料212的溶剂成分使它的约70％蒸发。此后，如图39C所示，将玻璃(BK7)平板213放在光学原料212上，如图39D所示，配置在真空室215中，将每个金属模具211保持在70℃的状态在2hPa的真空状态保持48小时。此后，如图39E所示，使硬化了的光学元件212′脱离金属模具2111制成衍射光学元件214。又，形成该光学元件212′的光学材料的光学特性为(nd＝1.589，νd＝15.0)。该光学特性满足νd≤16，但是不满足nd＞-6.667×10-3νd+1.70。
另一方面，作为用于形成另一个光学元件的光学材料，与实施例1同样地准备光学特性为(nd＝1.513，νd＝51.0)的光硬化树脂6。用与图3A～3C所示的实施例1同样的方法制造衍射光学元件8。
其次，在衍射光学元件214和衍射光学元件8的衍射面上形成防止反射膜后，如图40所示，使衍射光栅相互对置地进行组合制成层叠型衍射光学元件220。219是决定衍射光学元件214和衍射光学元件8的间隔的隔片。衍射光学元件214和衍射光学元件8的各光栅间距是80.00μm。衍射光学元件214和衍射光学元件8的相互的衍射光栅的谷间间隔为11.49μm，峰间间隔为1.50μm。衍射光学元件214的峰的高度为4.11μm，衍射光学元件8的峰的高度为5.87μm。
图41是表示在制成的层叠型衍射光学元件220中，入射角度0°的一级衍射光的各波长(400nm～700nm)的强度的曲线图。横轴表示波长，纵轴表示衍射效率。在图41中，层叠型衍射光学元件220的衍射效率在使用波长的全部区域的波长400nm～700nm的范围内达到95％以上，可以说表示了非常良好的强度的波长分布。
但是，图42是表示当改变到层叠型衍射光学元件220的入射角度时，在各入射角度上的次级衍射光的强度降低比例的曲线图。横轴表示入射角，纵轴表示光的损失率。又为了进行比较也一起显示出实施例1的图6的值。在图42中，入射角越大损失率越高，但是在入射角10°的光损失率为3.48％。这个值在要求的光损失率值3.40％以上。因此我们不能够说层叠型衍射光学元件220作为层叠型衍射光学元件使光线充分集中在特定级数上。
其次，表1表示上述的实施例1～8和比较例1～2的入射角10°的光损失率。在表1中条件1是nd＞-6.667×10-3νd+1.70，条件2是νd≤16。因为对层叠型衍射光学元件提出的要求是在入射角10°的光损失率在3.40％以下，所以对是否优良的判定由是否在3.40％以下决定。
表1
   条件1    条件2  入射角10°的光损失率  是否优良
实施例1     ○     ○     3.27％     ○
实施例2     ○     ○     3.40％     ○
实施例3     ○     ○     3.40％     ○
实施例4     ○     ○     3.24％     ○
实施例5     ○     ○     3.06％     ○
实施例6     ○     ○     3.15％     ○
实施例7     ○     ○     3.15％     ○
实施例8     ○     ○     3.00％     ○
比较例1     ○     ×     3.52％     ×
比较例2     ×     ○     3.48％     ×
如从表1可以看到的那样，在实施例1～8的光学材料中，与比较例1～2的光学元件比较，入射角10°的光损失率小，使光线充分集中在特定级数上。即，当不满足作为条件1的nd＞-6.667×10- 3νd+1.70和作为条件2的是νd≤16中的至少一个时，不能够达到所要的光损失率，不能使光线充分集中在特定级数上。
又，在本实施形态中我们述说了使它们的衍射面对置地配置2层型衍射光学元件的2层型衍射光学元件，但是本发明不限于此，也能够使用3个以上的衍射光学元件或层叠层地配置的层叠型衍射光学元件。图43是表示3层的层叠型衍射光学元件90的一个例子的截面图。在图43中，7是玻璃基片，81是第1层，82是第2层，83是第3层。第1层81是由满足上述的实施例1～8所示的nd＞-6.667×10-3νd+1.70和νd≤16条件的光学材料形成的。形成第2层82、第3层83的光学材料具有它的阿贝数比形成第1层81的光学材料的阿贝数大的值。通过增加衍射光学元件的层数，能够制成具有更复杂功能的光学元件。
(第2实施形态)
第2实施形态是将上述第1实施形态中所示的衍射光学元件用于投影光学系统的情形。图44表示投影光学系统93。在图44中，91是光源，92是分光板，98是透镜镜筒，94是透镜，95是本发明的衍射光学元件，96是晶片，97是晶片台。
衍射光学元件95是为了校正透镜94的色差而设置的。由晶片台97使晶片96处于所要的位置上，通过图中未画出的聚焦检测装置，将晶片高度调整在聚焦位置上。这里，与情况相应，通过图中未画出的检测系统，使分光板92与晶片上已经曝光的下面的    的掩模对准。当聚焦和对准结束时，打开图中未画出的快门，用来自光源91的照明光照射分光板，通过投影光学系统98将分光板92上的电路图案透影在晶片96的抗蚀剂上。
经过这样曝光的晶片96经过众所周知所周知的显影处理工序和刻蚀工序形成多个器件。具有与本发明有关的光学元件的光学系统也同样能够应用于形成图象用的光学设备和照明用的照明装置等。又，作为本发明的光学元件，也能够使用衍射光学元件以外的具有所要形状的光学元件。
(第3实施形态)
第3实施形态是将上述第1实施形态中所示的衍射光学元件用于摄影光学系统的情形。图45表示摄影光学系统。在图45中，摄影光学系统108具有至少1个以上的衍射光学元件105、折射光学元件103、光圈104的各个元件。图45表示使入射到摄影光学系统108的来自物体的光束成象在受光部分(摄象装置)106上的状态。
为了使衍射光学元件105的设计级数的衍射光与折射光学元件103合成在特定的波长区域得到良好的光学特性，对该衍射光进行象差校正。受光部分106由具有不同分光灵敏度的多个受光体构成，形成合成来自不同分光灵敏度的受光体的图象得到彩色图象的构成。又，作为受光部分106通常可以用CCD、银盐焦片感光体、以及人的眼睛等。
如果根据本发明，则通过d线的折射率(nd)与阿贝数(νd)的关系为nd＞-6.667×10-3νd+1.70和阿贝数(νd)为νd≤16的光学元件，能够提供在全部可见区域中各使用波长区域的衍射效率高光学元件。又，能够使特定级数(设计级数)的光线充分集中在使用波长的全部区域中，提高衍射级数的衍射光的强度。又因此，能够防止设计级数以外的光线与设计级数的光线在不同地方成象发生光斑光。

Claims (21)

1.一种光学材料，其特征在于满足下列条件：
当令对d线的折射率为nd、对d线的阿贝数为νd时，具有nd＞-6.667×10-3νd+1.70；νd≤16。
2.根据权利要求1所述的光学材料，其特征在于：由TiO2、Nb2O5、Cr2O3、BaTiO3中的至少一种无机物质构成的。
3.根据权利要求1所述的光学材料，其特征在于：含有无机微粒的聚合物。
4.根据权利要求3所述的光学材料，其特征在于：
上述无机微粒的粒子直径为2～100nm。
5.根据权利要求4所述的光学材料，其特征在于：
上述聚合物是聚乙烯咔唑，上述无机微粒是TiO2微粒、Nb2O5微粒、Cr2O3微粒、BaTiO3微粒中的至少一种。
6.一种光学元件，由权利要求1所述的光学材料构成，其特征在于：
该光学元件通过硬化反应成形为预定的形状。
7.根据权利要求6所述的光学元件，其特征在于：
一方的表面是具有衍射形状的衍射面。
8.一种层叠型衍射光学元件，其特征在于由下列元件构成：
第1衍射光学元件，其一方的表面是具有衍射形状的衍射面，且由当令对d线的折射率为nd、对d线的阿贝数为νd时，nd＞-6.667×10-3νd+1.70，νd≤16的光学材料形成，
第2衍射光学元件，它的阿贝数比第1衍射光学元件大，且其一方的表面是具有衍射形状的衍射面，该衍射面配置成与第1衍射光学元件的衍射面相互对峙。
9.根据权利要求8所述的层叠型衍射光学元件，其特征在于：形成上述第1层的光学材料是由TiO2、Nb2O5、Cr2O3、BaTiO3中的至少一种无机物质构成的。
10.根据权利要求8所述的层叠型衍射光学元件，其特征在于：形成上述第1层的光学材料是含有无机微粒的聚合物。
11.根据权利要求10所述的层叠型衍射光学元件，其特征在于：
上述无机微粒的粒子直径为2～100nm。
12.根据权利要求11所述的层叠型衍射光学元件，其特征在于：
上述聚合物是聚乙烯咔唑，上述无机微粒是TiO2微粒、Nb2O5微粒、Cr2O3微粒、BaTiO3微粒中的一种。
13.一种摄象光学系统，其特征在于：由权利要求8所述的层叠型衍射光学元件来拍摄预定的物体。
14.一种投影光学系统，其特征在于：由权利要求8所述的层叠型衍射光学元件来将光投射到预定物体上。
15.一种层叠型衍射光学元件，至少由2层构成，各层由不同的光学材料形成，其特征在于由下列的层构成：
第1层，其一方的表面是具有衍射形状的衍射面，且由当令对d线的折射率为nd、对d线的阿贝数为νd时，nd＞-6.667×10-3νd+1.70，νd≤16的第1光学材料形成；
第2层，其层叠在第1层的上层或下层而配置，且其一方的表面是具有衍射形状的衍射面，并由阿贝数比形成第1层的光学元件大的光学材料形成。
16.根据权利要求15所述的层叠型衍射光学元件，其特征在于：形成上述第1层的光学材料是由TiO2、Nb2O5、Cr2O3、BaTiO3中的至少一种无机物质构成的。
17.根据权利要求15所述的层叠型衍射光学元件，其特征在于：形成上述第1层的光学材料是含有无机微粒的聚合物。
18.根据权利要求17所述的层叠型衍射光学元件，其特征在于：
上述无机微粒的粒子直径为2～100nm。
19.根据权利要求18所述的层叠型衍射光学元件，其特征在于：
上述聚合物是聚乙烯咔唑，上述无机微粒是TiO2微粒、Nb2O5微粒、Cr2O3微粒、BaTiO3微粒中的一种。
20.一种摄象光学系统，其特征在于：由权利要求15所述的层叠型衍射光学元件来拍摄预定的物体。
21.一种投影光学系统，其特征在于：由权利要求15所述的层叠型衍射光学元件来将光投射到预定物体上。
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