JP2006232907A - 光学材料、及び該光学材料を用いた光学素子の成形方法、該成形方法によって成形された光学素子、該光学素子を有する光学系装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回折光学素子において、高屈折率、低アッベ数化が可能になる屈折率高分散の光学材料及び光学素子を提供することにより回折格子層厚を小さくすること。
【解決手段】 少なくともＮ−ビニルカルバゾールと、添加剤；ビス［９−メチル ２−（Ｎ−フェニル，Ｎ’−３−メトキシフェニル）アミノ］フルオレンを組み合わせてなることを特徴とする光学材料及び該光学材料によって成形されたことを特徴とする光学素子。
【選択図】 図５

Description

本発明は、屈折光学素子及び回折光学素子等の光学素子に使用される、光学材料に関するものであり、特に屈折率分散が高い光学材料及びそれにより成形した光学素子、回折光学素子、積層型回折光学素子並びにその成形方法と該光学素子を有する光学系装置に関するものである。

従来から光の屈折のみによって構成される屈折光学系装置においては、分散特性の異なる硝材を組み合わせることによって色収差を減らしている。例えば、望遠鏡等の対物レンズでは分散の小さい硝材を正レンズ、分散の大きい硝材を負レンズとし、これらを組み合わせて用いることで軸上に現れる色収差を補正している。この為、レンズの構成、枚数が制限される場合や使用される硝材が限られている場合などでは、色収差を十分に補正することが非常に困難である。

また、レンズ面やあるいは光学系装置の一部に、回折格子を有する回折光学素子を用いることで色収差を減じる方法が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。

これは、光学素子としての屈折面と回折面とでは、ある基準波長の光線に対する色収差の発生する方向が、逆になるという物理現象を利用したものである。さらに、このような回折光学素子は、その回折格子の周期的構造の周期を変化させることで、非球面レンズと同等の効果を持たせることができる。そのため、色収差の低減に非常に大きな効果がある。

ここで、光線の回折作用について説明する。一般に屈折系の光学素子である球面及び非球面レンズに入射した１本の光線は、その球面及び非球面で屈折した後も１本の光線となる。これに対し、回折系の光学素子である回折光学素子に入射した１本の光線は、回折作用により各次数の複数の光に分かれる。

そのため、光学系装置として用いられた回折光学素子の特徴を充分に発揮させるには、使用波長領域の光束を特定次数（以後設計次数とも言う）に集中させなければならない。使用波長領域の光束が設計次数に集中している場合は、それ以外の回折次数の回折光の強度は非常に低いものとなる。そのため、設計次数以外の光線が設計次数の光線とは別な所に結像してしまうフレア光となる事はない。

使用波長領域の光束が設計次数に集中するように、回折格子の格子構造をあらかじめ決定し、回折効率を十分に高くする構成は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に開示されている。これらは複数の光学素子を組み合わせて構成されており、各光学素子の屈折率分散と光学素子の境界面に形成される格子の形状を最適に選ぶことで、広波長範囲で高い回折効率を有する構成となっている。具体的には基板上に複数の光学材料を積層し、その境界面の少なくとも１つにレリーフパターン、階段形状、キノフォーム等を形成することで、所望の回折光学素子を形成している。

これらの特許文献においては、広い波長範囲で高い回折効率を有する構成を得るために、相対的に屈折率分散の低い材料と屈折率分散の高い材料とを組み合わせている。具体的には、特許文献１の場合は、屈折率分散の低い材料としてＢＭＳ８１（ｎ_ｄ＝１．６４，ν_ｄ＝６０．１：オハラ製）を、屈折率分散の高い材料としてプラスチック光学材料ＰＣ（ｎ_ｄ＝１．５８，ν_ｄ＝３０．５：帝人化成）を用いている。同様に特許文献２の場合は、屈折率分散の低い材料としてＬａＬ１４（ｎ_ｄ＝１．６９８，ν_ｄ＝５５．５：オハラ製）、アクリル樹脂（ｎ_ｄ＝１．４９，ν_ｄ＝５７．７）、Ｃｙｔｏｐ（登録商標）（ｎ_ｄ＝１．３４１４９，ν_ｄ＝９３．８：旭硝子製）を、屈折率分散の高い材料としてプラスチック光学材料ＰＣ（ｎ_ｄ＝１．５８，ν_ｄ＝３０．５：帝人化成）を用いている。特許文献３及び特許文献４の場合は、屈折率分散の低い材料としてＲＣ−Ｃ００１（ｎ_ｄ＝１．５２５，ν_ｄ＝５０．８：大日本インキ製）、ＰＭＭＡ（ｎ_ｄ＝１．４９１７，ν_ｄ＝５７．４）、ＢＭＳ８１（ｎ_ｄ＝１．６４，ν_ｄ＝６０．１：オハラ製）を、屈折率分散の高い材料としてプラスチック光学材料ＰＣ（ｎ_ｄ＝１．５８，ν_ｄ＝３０．５：帝人化成）、ＰＳ（ｎ_ｄ＝１．５９１８，ν_ｄ＝３１．１）、等を用いている。

また、屈折率分散の高い材料と低い材料において、屈折率分散の差が大きいほど構成される光学素子の回折効率は高くなり、光学素子の画角は広くなる。そのためには、より屈折率分散の高い（アッベ数が小さい）材料を使用する事が必要であり、それにより色収差をより正確に補正する事ができる。

図１は、光学材料として市販されている材料の、アッベ数と屈折率を示したグラフである。図１において縦軸は屈折率（ｎ_ｄ）、横軸はアッベ数（ν_ｄ）である。前述した特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に記載された光学材料は図１に含まれている。
ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１３５４ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｅｎｓ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（１９９０） 特開平０９−１２７３２１号公報 特開平０９−１２７３２２号公報 特開平１１−０４４８０８号公報 特開平１１−０４４８１０号公報 特開２００４−１２６４９９号公報

しかしながら、回折光学素子等の光学素子においては、その形状のため光の入射角（画角）が大きい場合、光がけられてフレア光やゴーストが発生するという問題が生じる。そのため、画角を広げるには、従来の光学材料よりも屈折率分散の大きな材料を適用することにより回折格子層厚を小さくする必要がある。

特許文献５において汎用の有機高分子で最もアッベ数の小さいポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）を用いることで画角をある程度広げることを提案している。更にその中で、Ｎ−ビニルカルバゾールと、光重合開始剤に、２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物を全重量割合（Ｎ−ビニルカルバゾール及びポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール））の０．５〜２．５％の範囲で含有させることでポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）の脆性を改善すると共に、光学的に透明である光学材料についても提案している。

本発明は、単に屈折率分散の高い（アッベ数が小さい）材料を使用することによって画角を広げるだけでなく、前記提案された光学材料に請求項１記載の［Ｉ］式の添加剤を含有させることで更なる高屈折率、低アッベ数化が可能になる屈折率高分散の光学材料及び光学素子を提供することにより回折格子層厚を小さくすることを目的としている。

そこで本発明は、前述の課題を解決するために、以下の構成である光学材料、該光学材料を用いた光学素子の成形方法、該成形方法によって成形された光学素子、及び該光学素子を有する光学系装置を提供している。

本発明は、少なくともＮ−ビニルカルバゾールと、［Ｉ］で表わされる添加剤；

ビス［９−メチル ２−（Ｎ−フェニル，Ｎ’−３−メトキシフェニル）アミノ］フルオレンを組み合わせてなることを特徴とする光学材料を提供している。

また本発明は、［Ｉ］で表わされる添加剤の重量割合がＮ−ビニルカルバゾールに対して１．０〜５．０％の範囲であることを特徴とする前記の光学材料を提供している。

また本発明は、前記光学材料に重合開始剤、２個以上のビニル基（２個以上の不飽和エチレン基）を有する多官能架橋剤を含有することを特徴とする光学材料を提供している。

また本発明は、前記いずれかの光学材料によって成形されたことを特徴とする光学素子を提供している。

また本発明は、前記光学素子が、少なくとも２種類以上の分散性の異なる材料から構成される層を複数層基板上に積層し、使用波長域全域で特定次数（設計次数）の回折効率を高くするようにした回折光学素子であることを特徴とする光学素子を提供している。

また本発明は前記回折光学素子と、前記回折光学素子と異なる光学特性を有する回折光学素子とを、お互いの回折面を対向させて組み合わせることにより構成されている積層型回折光学素子を提供している。

また本発明は、前記光学素子を成形するに際して、成形型を用いて成形することを特徴とする成形方法を提供している。

また本発明は、前記成形方法において、熱もしくは光を用いることによって成形する成形方法を提供している。

また本発明は、前記光学素子を有することを特徴とする光学系装置を提供している。
また本発明は、前記光学系装置が撮影または投影光学系装置であることを特徴とする光学系装置を提供している。

本発明によれば、添加剤[Ｉ]ビス［９−メチル ２−（Ｎ−フェニル，Ｎ’−３−メトキシフェニル）アミノ］フルオレンを含有させることにより、光学的に透明で、屈折率を高く、アッベ数を低くすることが出来、屈折率分散のより大きな光学材料を得ることが出来る。それによって回折光学素子の格子高さ（層厚）を低く設計することが可能になり、結果、より画角を広く取ることが出来る。従って、屈折率分散のより大きな光学材料、該光学材料を用いた光学素子の成形方法、該成形方法によって成形された光学素子、及び該光学素子を有する光学系装置を実現することが可能となる。

上記構成を適用し、屈折率分散が大きい（νｄ＝１７．３）有機高分子材料であるＮ−ビニルカルバゾールと光重合開始剤（熱重合開始剤）、及び２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物（多官能架橋剤）からなる光学材料に添加剤［Ｉ］ビス［９−メチル ２−（Ｎ−フェニル，Ｎ’−３−メトキシフェニル）アミノ］フルオレンを含有、溶融させることで、屈折率、アッベ数の調整をすることが出来、また光学的に透明性を有する屈折率分散のより大きな光学材料が得られる。積層構造の回折光学素子を形成した場合、添加剤[Ｉ]を含有する光学材料と添加剤[Ｉ]を含有しない光学材料を適用して比較すると、添加剤[Ｉ]を含有する光学材料は添加剤[Ｉ]を含有しない光学材料も回折格子形状の層厚を小さくすることが可能となる。結果、画角を広げることが可能となる。

より具体的には、少なくとも屈折率分散の異なる二種の光学材料をそれぞれ用いてなる層複数を、基板上に積層してなり、前記二種の光学材料をそれぞれ用いてなる層複数は、回折格子構造を有する形状とされてなる回折光学素子において、その少なくとも屈折率分散の異なる二種の光学材料は、例えば、屈折率高分散の光学材料と屈折率低分散の光学材料との組み合わせとされるが、そのうちの一種の光学材料、通常、屈折率高分散の光学材料として、本発明の、添加剤を含む前記光学材料を利用するものである。また該光学材料を用いた光学素子の成形方法、該成形方法によって成形された光学素子、及び該光学素子を有する光学系装置を実現することが可能となる。

本発明の材料は光学材料であるため透明性を要求される。そのため屈折率、アッベ数（分散性）を調整するために添加する化合物は重合させた後に透明でなくてはならない。Ｎ−ビニルカルバゾール及びポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）は単体では透明である。しかしながらその他の化合物を添加すると、光重合によるモノマー同士の反応性、相溶性によっては相分離を生じ、白濁し光学的散乱の原因となる。添加剤[Ｉ]ビス［９−メチル ２−（Ｎ−フェニル，Ｎ’−３−メトキシフェニル）アミノ］フルオレンは５．０％以下の範囲で添加することで、光学的散乱のない光学素子を成形することが出来る。

また、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）の添加はＮ−ビニルカルバゾールの結晶化温度を下げ、結晶化をある程度抑制することが出来る。ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）はＮ−ビニルカルバゾールの溶融液に容易に相溶し、適度な粘度を示す。ここで用いられるレプリカ成形における粘度範囲としては５０〜５０００ｍＰａ・ｓが望ましい。この範囲の粘度に調整することによりディスペンサーを用いて安定的に吐出量を調整することが出来る。５０ｍＰａ・ｓ以下であると少量の滴下の調整が困難であり、また滴下ノズルより液が飛散するといった現象が生じる。また５０００ｍＰａ・ｓ以上の粘度においては、本発明の光学材料はえい糸性を持つためノズルから糸を引き所望の個所以外に付着する可能性がある。また、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）添加量は全重量割合の５ｗｔ％以上、３０ｗｔ％以下であることが望ましい。

上記の範囲であればレプリカ成形に好ましい粘度範囲に調整することが出来る。

また、室温２５℃付近で溶融体である架橋剤の添加量を調整することによってもＮ−ビニルカルバゾールの結晶化温度を低下させることが出来る。具体的には架橋剤としてアジピン酸ジビニルを用いた場合、全重量割合の５．０％以上、３０．０％以下が望ましい。架橋剤の添加量が多すぎると白濁の原因となり光学的散乱が生じてしまうため、好ましくは５．０％以上、１５．０％以下であることが望ましい。Ｎ−ビニルカルバゾールとしての光学性能を落とさないよう、結晶化温度を下げるためには、前述したポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）との併用がより有効である。

このような回折格子構造を有する形状の材料層を、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）を利用して作製する際、目的とする回折格子構造を有する形状に対応する型を用いて、原料体として、流動性を示すモノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾールを型に圧接して、成形しつつ、重合を行って、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）へと変換する。得られるポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）の成形体は、目的とする回折格子構造を有する形状に、単一の工程で形成でき、高い成形加工の再現性が達成できる。更には、予め重合したポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）を溶剤に溶解して、型成形する手法では、所望の形状を良く保存する成形体とするために、利用した溶剤を徐々に蒸発除去することにより行われることになるが、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾールからなる光学材料調製用のモノマー原料体を型に圧接して、成形しつつ、重合を行う際には、溶剤を利用する必要がなく、所望の形状を良く保存する成形体を相対的に短い作業時間で作製することができる。かかる光学材料調製用のモノマー原料体自体は、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾール自体の流動性を利用して、型に流し込み、僅かに圧接することで、所望とする形状に成形が容易になされる。また、かかる成形方法を採用することで、任意な形状の成形体の作製に適するものとなる。

また、上記光学材料調製用のモノマー原料体において、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾール自体の重合は、熱重合によることもでき、また、光重合によることもできる。

なお、Ｎ−ビニルカルバゾール自体で熱重合を行う際には、その重合速度は、加熱温度に依存するため、短時間に重合を完了させる際には、加熱温度をより高く選択する必要がある。その際、型成形により、所望の微細な回折格子構造を有し、また、基板に利用する光透過性材料上に膜厚の薄い層構造を形成する際には、例えば、ガラス平板を基板に利用し、一方、微細な回折格子構造に対応する型に金属材料を利用する際、両者の間に、流動性を示すモノマー原料体を流し込み、軽く抑えることで、型成形をなす。その状態に保ったまま、加熱処理を施し、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾールの熱重合を行う。基板と型に用いる材料間で、熱膨張率に大きな差異を有する場合には、前記加熱処理を実施する温度を高くし過ぎると、僅かながら、室温と前記加熱温度との間で、型形状の格子間隔等に不一致が生じることもある。その不一致を回避するためには、熱重合における加熱温度を、１５０℃以下に選択することが好ましい。但し、加熱処理の温度が低くなるとともに、熱重合を完了させるために要する時間が長くなるため、作業効率上、少なくとも、加熱温度を、７０℃以上に選択することが好ましい。更には１３０℃以上ではモノマーが揮発してしまう。その為、熱重合処理に際する加熱温度を７０℃以上、１３０℃以下の範囲に選択することが好ましい。

また、上記光学材料調製用のモノマー原料体において、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾールの重合を、熱重合により行う際、加熱温度を相対的に低くするため、熱重合開始剤を添加し、かかる開始剤を利用して、重合反応を誘起する形態とすることができる。利用可能な熱重合開始剤として、例えば、アゾビソイソブチルニトリル（ＡＩＢＮ）、ベンゾイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、ｔ−ブチルパーオキシネオヘキサノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシネオヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、クミルパーオキシネオヘキサノエート、クミルパーオキシネオデカノエート等を、好適なものとして挙げることができる。なお、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾールに対する、熱重合開始剤の添加比率は、加熱温度に応じて、適宜選択することができ、また、得られる重合体の目標とする平均分子量に応じて、調整することもできる。本発明にかかる回折光学素子の作製に利用する際、通常、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾールに対する、熱重合開始剤の添加比率に関して、原料体全体における熱重合開始剤の含有率を全重量割合の０．００５〜１０％の範囲に選択することが好ましい。

また、上記光学材料調製用のモノマー原料体においては、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾール自体の重合を、熱重合に代えて、光重合によることもできる。光照射による重合反応の誘起は、例えば、Ｎ−ビニルカルバゾール自体の光吸収に付随する、ラジカル生成に起因する機構に代えて、光重合開始剤を利用して、重合を開始する機構を利用することができる。例えば、光重合開始剤として、ラジカル開始剤を利用して、光照射によるラジカル生成する起因する機構を利用するものとでき、通常、好ましいものとなる。

上記光学材料調製用のモノマー原料体において、利用可能な光重合開始剤としては、例えば、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−１−ブタノン、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルフォスフィンオキサイド、４−フェニルベンゾフェノン、４−フェノキシベンゾフェノン、４，４’−ジフェニルベンゾフェノン、４，４’−ジフェノキシベンゾフェノン、などを好適なものとして挙げることができる。なお、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾールに対する光重合開始剤の添加比率は、光照射量、更には、付加的な加熱温度に応じて、適宜選択することができ、また、得られる重合体の目標とする平均分子量に応じて、調整することもできる。本発明にかかる回折光学素子の作製に利用する際、付加的な加熱温度を上述の範囲に選択する場合、通常、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾールに対する、光重合開始剤の添加比率に関して、原料体全体における光重合開始剤の含有率を全重量割合の０．００５〜１０％の範囲に選択することが好ましい。

上記回折光学素子の成形において、かかる光重合法を利用して、上記光学材料調製用のモノマー原料体より、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾー）の型成形体層を形成する過程は、基板に利用する光透過性材料上に膜厚の薄い層構造を形成する際には、例えば、ガラス平板を基板に利用し、一方、微細な回折格子構造に対応する型に金属材料を利用する際、両者の間に、流動性を示すモノマー原料体を流し込み、軽く抑えることで、型成形をなす。その状態に保ったまま、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾールの光重合を行う。かかる光重合反応に供する光照射は、光重合開始剤を利用した、ラジカル生成に起因する機構に対応して、好適な波長の光、通常、紫外光もしくは可視光を利用して行う。例えば、前記基板に利用する光透過性材料、具体的には、ガラス平板を介して、成形されている光学材料調製用のモノマー原料体に対して、均一に光照射を実施する。照射される光量は、光重合開始剤を利用した、ラジカル生成に起因する機構に応じて、また、含有される光重合開始剤の含有比率に応じて、適宜選択される。

一方、かかる光重合反応によるポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）の型成形体層の作製においては、照射される光が型成形されている光学材料調製用のモノマー原料体全体に均一に照射されることがより好ましい。従って、利用される光照射は、基板に利用する光透過性材料、例えば、ガラス平板を介して、均一に行うことが可能な波長の光を選択することが一層好ましい。その際、基板に利用する光透過性材料上に形成する、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）の型成形体を含む回折格子の総厚を薄くする形態は、本発明にはより好適なものとなる。同様に、熱重合法により、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）の型成形体層の作製を行う場合にも、全体の温度をより均一とすることが望ましく、基板に利用する光透過性材料上に形成する、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）の型成形体を含む回折格子の総厚を薄くする形態は、本発明にはより好適なものとなる。

更には、上記光学材料調製用のモノマー原料体を利用して、型成形した状態で、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）への変換を実施するため、不要な揮発性成分の生成を回避しつつ、重合体の型成形がなされる。従って、極めて微細な形状を有する回折格子構造を有し、しかも、成形体層自体の膜厚を薄くする形態とする際にも、内部に残留する揮発性物質、溶剤などに起因する気泡の発生も回避しつつ、目的とする光学的特性を有するポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）からなる成形体層を高い再現性と、作業効率で作製することが可能となる。

また、上記方法により得られるポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）を利用することで、光波長分散の異なる材料からなる層複数を基板上に積層し、使用波長域全域で特定次数（設計次数）の回折効率を高くする設計とした回折光学素子を、短時間で作製することが可能となる。

ところで、Ｎ−ビニルカルバゾールと重合開始剤により、光重合から得られる線形ポリマーのポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）のみで構成される光学素子では、成形時の残留応力が高温高湿化環境や・溶媒付着時に開放され、形状の変形やクラックの発生の原因となり、素子としてそのままで用いることは、必ずしも満足が得られるものではない。この場合、Ｎ−ビニルカルバゾールと、光重合開始剤及び２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物から成る光学材料を構成することが好ましい。これにより、成形時の残留応力が高温高湿化環境や溶媒付着時に開放されることなく、形状の変形やクラックの発生を抑制することが可能となる屈折率分散のより大きな光学材料、該光学材料を用いた光学素子の成形方法を実現することができる。

すなわち、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）は対衝撃性に劣り、又、線形ポリマーであるため温度による弾性率の変化が大きい。そのため、光重合による成形時に発生する硬化収縮により残留応力が残り、高温環境下や溶媒付着時に残留応力が開放され、変形やクラックが発生する。この変形やクラックを抑制するためには、２個以上の不飽和エチレン系の化合物を入れることで架橋化させることによって改善することが可能となる。

また、Ｎ−ビニルカルバゾールは結晶性化合物であり、光重合するためには結晶を溶融する必要性があるため、Ｎ−ビニルカルバゾールの融点である６５℃以上で保温する必要性がある。そのため、アクリル系、メタクリル系の化合物等はその反応性の高さから、６５℃以上の保温において数時間で反応するため、Ｎ−ビニルカルバゾールとの光重合による成形においてはアジピン酸ジビニル、ジビニルベンゼンのような安定なモノマーを用いることが好ましい。同時の２種類以上の架橋剤、重合開始剤を用いても良い。また同時に離型剤、増感剤等の添加剤を含有させても良い。

以下本発明の実施例について説明するが、本発明がそれらによって何ら制約されるものではない。

まず、本実験例における成型品の成形方法について図２の模式図を用いてその概略を説明する。図２において、ガラス板（Ｓ−ＴＩＨ５３）２１上に本実験例の光学材料２２を滴下し、その上からガラス板（ＢＫ７）２３を圧着させて押し広げ、所望の形状になったところで、光源２４からの光を照射し光学材料２２を硬化させて、成形物を得る。

本発明の実験例１〜５及び比較実験例１においては、各化合物において表１の割合で混合調整した。Ｎ−ビニルカルバゾール（東京化成工業株式会社製：以下ＶＣｚ）と光重合開始剤としてイルガキュア１８４（登録商標）（チバスペシャリティ・ケミカル製：以下ＩＣ１８４）、架橋剤としてアジピン酸ジビニル（信越酢酸ビニル株式会社製：以下ＡＤＶ）を混合し、８０℃で２時間加熱溶融した。更に十分に攪拌した後、添加剤[Ｉ]ビス［９−メチル ２−（Ｎ−フェニル，Ｎ’−３−メトキシフェニル）アミノ］フルオレン（以下：Ｂ１）を表１の割合で混合した後、十分に攪拌、再度８０℃で１時間加熱溶融し、本実施例の光学材料２２を得た。

本実験例における実験例１〜５、及び比較実験例１に用いた光学材料２２の組成比率は表１に示した通りであり、ヒーター２５にて８０℃に保温した本実験例の光学材料２２を各約０．１５ｇを８０℃のガラス板２１の上にディスペンサーを用いて吐出した。ガラス板２１の温度は温度制御によって±１．０℃以内に制御されている。そのガラス板２１上に５０μｍのスペーサー２６を置き、８０℃に保温されたガラス板２３（Ｓ−ＴＩＨ５３：オハラ製， ｎｄ １．８４６６６， νｄ ２３．８）を吐出液上に載せ、液をガラス板２１、２３の間に充填させた。

更に、ガラス板２３方向から中心波長３６５ｎｍの紫外線４０ｍＷ／ｃｍ^２で５００ｓ照射し硬化させた。得られた成形物の温度を室温まで自然に冷却させ、本実施例光学材料２２を用いた成形物を得た。

これらの各実験例、比較例で得られた硬化時の成形物について硬化時の白濁の確認、屈折率（アッベ数）測定を行った。これらの結果を表２に示す。屈折率はアッベの屈折率計を用いて測定値した。

Ｂ１を添加した実験例においては、５．０％程度までは目視において白濁は確認されなかった。７．０、１０．０％においては、やや光学的散乱及び完全な白濁が確認された。

またＢ１を５．０％以下で添加した実験例１〜３、比較実験例１において、Ｂ１添加量の増加と共に屈折率の上昇、アッベ数の低下が観察された。その結果を図３、４に示す。図３において屈折率は１．０％添加以降５．０％添加までほぼ一定の値を示した。また図４において、アッベ数においては、同添加量に対して段階的な値の低下を示した。

本発明の実施例２における回折光学素子の構成について、図５を用いて説明する。図５において、本実施例の回折光学素子は４００ｎｍから７００ｎｍの波長領域の光束が設計次数に集中するように光学素子５１、光学素子５２の材料に合わせた素子を設計した。更に光学素子５１においては金型に温度を与えるため、ガラス・光学材料・金型の線膨張係数を考慮に入れ金型を作製した。それぞれの格子間のピッチは７０μｍである。

本実施例では実験例６として、光学素子５１に本発明の光学材料２２である前記実施例１に記載の実験例３（ｎｄ：１．６９９９， νｄ：１６．８）を用いた場合、格子高さｄ１は３．１４μｍであった。光学素子５２には光硬化性樹脂であるＲＣ−Ｃ００１（大日本インキ化学工業製）を用い、格子高さｄ２は５．３０μｍであった。該設計された金型を用いてこれら各光学素子をレプリカ成形により成形した。

成形後、レプリカ成形面とは反対面のガラス板側には反射防止膜を成膜し、使用波長領域での光線透過率（回折効率）を大きく得られる様にしている。反射防止膜成膜後、これら各光学素子のレプリカ成形面を向かい合わせ、対称になるよう格子先端の位置を合わせ、１．５μｍの間隔になるように平行に素子を張り合わせた本実験例の回折光学素子を得ている。

同様に本実施例の比較実験例２として、光学素子５１に前記実施例１に記載の比較実験例１（ｎｄ：１．６９６０， νｄ：１７．７）を用いた場合、格子高さｄ１は４．１１μｍであった。光学素子５２には光硬化性樹脂であるＲＣ−Ｃ００１を用い、格子高さｄ２は６．５８μｍであった。該設計された金型を用いてこれら各光学素子をレプリカ成形により成形した。

本実施例での実験例６、比較実験例２の光学素子５１、５２は以下のように成形を行った。実施例２における回折光学素子の成形について、図６を用いて説明する。

光学素子５１を成形するにおいて、８０℃にて保温した本実験例の光学材料２２（実験例３の光学材料、比較実験例１の光学材料）の約０．１５ｇを８０℃である本実験例の光学素子５１に対応した金型６１上にディスペンサーを用いて吐出した。金型６１温度は温度調整によって±０．１℃以内に制御されている。８０℃に保温されたガラス板６２を吐出液上にゆっくりと接液した後、圧着させゆっくりと気泡が入らないように押し広げ、本実験例の光学材料２２をガラス板６３と金型６１、６２の間に充填させた。更に、ガラス板６３方向から中心波長３６５ｎｍの紫外線を４０ｍＷ／ｃｍ^２で５００ｓ照射し硬化させた。前記硬化物を金型６２から剥がし、本実験例の光学材料２２を用いて成形された光学素子５１を得た。

光学素子５２を成形するにおいて、同様にＲＣ−００１を光学素子５２に対応した金型６３、ガラス板６４を用いて光学素子５１と同様に接液、圧着、充填後、ガラス板方向から中心波長３６５ｎｍの紫外線を４０ｍＷで５００ｓ照射し硬化させ、金型６３から剥がし光学素子５２を得た。

光学素子５１、５２ともにガラス板側に反射防止膜を設け、光学素子５１と光学素子５２を平行には張り合わせた本実施例の実験例６の回折光学素子６５、比較実験例２の回折光学素子６６を得た。本実施例の回折光学素子６５、６６の光学素子５１の入射角に対する損失率、及び回折効率測定結果をそれぞれ表３、図７に示す。

結果より、格子高さはアッベ数の低い実験例６の光学材料を用いた回折光学素子６５の方が比較実験例２の光学材料を用いた回折光学素子６６より低く設計可能であり、また、それによって得られる損失率は実施例６の光学材料を用いた回折光学素子６５の方が比較実験例２の光学材料を用いた回折光学素子６６より、入射角２０°において１．８％程度低いことを確認した。この結果より本発明の低屈折率高分散材料を用いることによって、より低い損失率にてより広い画角を有することが可能となった。

市販光学ガラスのポリマーの屈折率、アッベ数分布の図 本発明の実験例１における測定サンプルの成形方法についての模式図 本発明の実施例１における光学材料の屈折率測定結果を示す図 本発明の実施例１における光学材料のアッベ数計算結果を示す図 本発明の実施例２における回折光学素子の構成を示す模式図 本発明の実施例２における回折光学素子の成形方法についての模式図 本発明の実施例２における光学素子の回折効率結果を示す図で（ａ）は実施例６の回折効率結果を示す図（ｂ）は比較実験例２の回折効率結果を示す図

符号の説明

２１ ガラス板（ＢＫ７）
２２ 実施例の光学材料
２３ ガラス板（Ｓ−ＴＩＨ５３）
２４ 光源
２５ ヒーター
２６ スペーサー
５１ 本発明の光学材料（ＰＶＣｚ）を用いた光学素子
５２ ＲＣ−Ｃ００１を光学素子
６１ 光学素子５１に対応する金型
６２ 光学素子５１に対応するガラス板
６３ 光学素子５２に対応する金型
６４ 光学素子５２に対応するガラス板
６５ 実験例６の回折光学素子（光学素子５１：実験例３の材料、光学素子５２：ＲＣ−Ｃ００１）
６６ 比較実験例２の回折光学素子（光学素子５１：比較実験例１の材料、光学素子５２：ＲＣ−Ｃ００１）

Claims (10)

1. 少なくともＮ−ビニルカルバゾールと、［Ｉ］で表わされる添加剤；
   ビス［９−メチル ２−（Ｎ−フェニル，Ｎ’−３−メトキシフェニル）アミノ］フルオレン
   を組み合わせてなることを特徴とする光学材料。
2. 前記［Ｉ］で表わされる添加剤の重量割合がＮ−ビニルカルバゾールに対して１．０〜５．０％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光学材料。
3. 請求項１または請求項２に記載の光学材料に重合開始剤、２個以上のビニル基（２個以上の不飽和エチレン基）を有する多官能架橋剤を含有することを特徴とする光学材料。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光学材料によって成形されたことを特徴とする光学素子。
5. 請求項４に記載の光学素子が、少なくとも２種類以上の分散性の異なる材料から構成される層を複数層基板上に積層し、使用波長域全域で特定次数の回折効率を高くするようにした回折光学素子であることを特徴とする光学素子。
6. 請求項５に記載の回折光学素子と、請求項５に記載の回折光学素子と異なる光学特性を有する回折光学素子とを、お互いの回折面を対向させて組み合わせることにより構成されていることを特徴とする積層型回折光学素子。
7. 請求項４乃至６いずれかに記載の光学素子を成形するに際して、成形型を用いて成形することを特徴とする光学素子の成形方法。
8. 請求項７に記載の成形方法において、熱重合もしくは光重合により成形物を得る事を特徴とする光学素子の成形方法。
9. 請求項４乃至６いずれかに記載の光学素子を有することを特徴とする光学系装置。
10. 前記光学系装置は撮影または投影光学系装置であることを特徴とする請求項９に記載の光学系装置。