专利名称：：层叠衍射光学元件的制作方法
技术领域：
：本发明涉及包含以其间没有间隔的方式层叠的低折射率高色散材料与高折射率低色散材料的多层衍射光学元件。
背景技术：
：至今为止，利用光的衍射的衍射光学系统一般具有包含色散特性不同的玻璃材料的组合透镜，由此减少色差。例如，在诸如望远镜的物镜中，色散小的玻璃材料被用作正透镜，色散大的玻璃材料被用作负透镜，并且通过这些透镜的组合使用，出现在光轴上的色差得到校正。但是，当透镜的配置和数量被限制时或当要被使用的玻璃材料被限制时，常常发现难以充分地校正色差。非专禾'J文件1(A.D.Kathman和S.K,Pitalo，"BinaryOpticsinLensDesign",InternationalLensDesignConference,1990,SPIEVol.1354，p297309)公开了具有衍射面的衍射光学元件和具有衍射光栅的衍射光学元件的组合使用可以用较少数量的使用的透镜减少色差。这利用了作为光学要素的折射面和衍射面对于基准波长的光在像差产生方向相反的物理现象。通过改变在折射光学元件中连续形成的衍射光栅的周期，可以产生与非球面透镜等效的特性。但是，进入衍射光学元件的一束光通过衍射作用被分成各阶次的多束光。此时，设计阶次以外的衍射光在设计阶次的光以外的位置成<象，由此变为耀斑(flare)的产生原因。美国专利5847877公开了各个光学元件的折射率色散和在光学元件的边界表面上形成的光栅的配置被优化使得在较宽的波长范围上实现较高的衍射效率。可用波长范围的光通量被聚焦到特定的阶次(以下称为设计阶次)上，由此抑制其它衍射阶次的衍射光的强度并防止出现耀斑。美国专利5847877公开了为了获得在较宽的波长范围上具有较高的衍射效率的配置，由具有相对较低的折射率色散的材料形成的衍射光学元件和由具有相对较高的折射率色散的材料形成的衍射光学元件被组合使用。即，高和低折射率色散材料的折射率色散之间的差值越高，则要形成的光学元件的衍射光栅的厚度越小，使得光学元件的视场角变宽。因此，为了以较高的精度校正色差，必须使用具有非常高的折射率色散(阿贝数小)的材料和具有非常低的折射率色散(阿贝数大)的材料。美国专利7031078公开了折射率(nd)和阿贝数(vd)之间的关系为nd>-6,667xl(T3vd+1.07、并且折射率的二次色散(0g,F)和阿贝数(vd)之间的关系为0g，FS-2vdxl(r3+0.59的光学材料。通过满足这些公式，整个可见区域中的折射效率可被改善。美国专利No.6059411中的光学材料是在粘合剂树脂中作为细粒子混合和分散折射率色散较高并表现出二次色散特性较低的本性的透明导电金属氧化物的复合材料。作为透明导电金属氧化物，诸如ITO、ATO、Sn02、ZnO的透明导电金属氧化物被公开。美国专利No.7031078的实施例还公开了以在其间设置有间隔的方式相对设置包含具有高折射和高色散的材料的衍射光学元件和包含具有低折射和低色散的材料的衍射光学元件的层叠的衍射光学元件。另一方面，在使用光学元件的光学设备中对于产品小型化的需要极大地增加。因此，用于使光学元件的厚度尽可能地薄的开发已在进行之中。由此，所发展的不是上述的在第一层的衍射光学元件和第二层的衍射光学元件之间存在间隔的层叠的衍射光学元件，而是不存在间隔的类型的多层衍射光学元件。美国专利No.6759471公开了不存在间隔的类型的多层衍射光学元件。但是，在美国专利3759471中说明的光学元件中，其中分散有无机细粒子的低折射率高色散材料与高折射低色散玻璃的组合被使用。通常地，有机树脂的线膨胀系数比玻璃大1或2个数量级(digit)。并且，线膨胀系数之间的上述差值与折射率对温度的依赖性大大相关，使得有机树脂和玻璃之间的折射率差值根据温度变化大大改变而降低衍射效率。
发明内容本发明的目的是，提供一种多层衍射光学元件，该多层衍射光学元件的由界面应力导致的畸变被抑制，并且由于具有高衍射效率的多一本发明提供一种多层衍射光学元件，在该多层衍射光学元件中，在透明基板的面上，至少在一侧具有衍射光栅形状并包含相对高折射率低色散材料的第一层与至少在一侧具有衍射光栅形状并包含相对低折射率高色散材料的第二层通过以其间没有间隔的方式被层叠而设置，并且，第一层包含含有第一无机细粒子的有机树脂，第二层包含含有与笫一无机细粒子不同的第二无机细粒子的有机树脂。本发明提供一种多层衍射光学元件，在该多层衍射光学元件中，具有高折射低色散的材料的d线的折射率被取为大于等于1.54且小于等于1.63,并且阿贝数被取为大于等于44且小于等于57，具有低折射高色散的材料的d线的折射率被取为大于等于1.48且小于等于1.57,并且阿贝数被取为大于等于14且小于等于28,并且具有高折射低色散的材料与具有低折射高色散的材料之间的d线的折射率差值被取为大于等于0.024且小于等于0.075。本发明针对一种多层衍射光学元件，该多层衍射光学元件包括透明基板；至少在一个面上具有衍射光栅形状并包含相对高折射率低色散材料的第一层；和至少在一个面上具有衍射光栅形状并包含相对低折射率高色散材料的第二层，其中，第一层和第二层被层叠到透明基板上，使得各个衍射光栅形状以其间没有间隔的方式互相彼此相对，并且，第一层包含含有第一无机细粒子的第一有机树脂，第二层包含含有与第一无机细粒子不同的第二无机细粒子的第二有机树脂。高折射率低色散材料的d线的折射率可以为大于等于1.54且小于等于1.63，且阿贝数为大于等于44且小于等于57,并且，低折射率高色散材料的d线的折射率为大于等于1.48且小于等于1.57，且阿贝数为大于等于14且小于等于28，并且，高折射率低色散材料与低折射率高色散材料之间的d线的折射率差值为大于等于0.024且小于等于0.075。在多层衍射光学元件中，第一和第二无机细粒子的平均粒子尺寸可以为大于等于lnm且小于等于100nm。第一无机细粒子可包含选自Al、Zr、Y、Ga、La及其氧化物和复合物的至少一种类型，并具有大于等于1.70且小于等于2.5的其d线的折射率和大于等于30且小于等于90的阿贝数。作为替代方案，在多层衍射光学元件中，第一层中的第一无机细粒子的体积含量可为l~29vol%。第二无机细粒子可以是透明导电物质。透明导电物质可以是ITO。在第一和第二层中包含的有机树脂可包含选自丙烯酸树脂、乙烯树脂和环氧树脂的至少一种类型。在第一和第二层中包含的有机树脂可包含紫外线固化(curing)树脂。参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得十分明显。图1A和图1B是衍射光学元件的示意图。图2A是表示高折射低色散层的有机树脂和无机树脂的混合状态的示意图。图2B是表示低折射高色散层的有机树脂和无机树脂的混合状态的示意图。图3是表示用于折射率测量的样品的制造方法的示意图。图4是表示用于透射系数测量的样品的制造方法的示意图。图5是评估模具的部分放大截面的示意图。图6是表示具有形状可转移性的评估样品的制造方法的示意图。图7A和图7B是表示具有形状可转移性的评估样品的模具释放方法的示意图。图8A和图8B是表示用于评估衍射效率的样品的制造方法的示意图。图9是表示例子1的衍射效率的测量结果的示图。图10是表示例子2的衍射效率的测量结果的示图。图11是表示例子3的衍射效率的测量结果的示图。图12是表示例子4的衍射效率的测量结果的示图。图13是表示例子5的衍射效率的测量结果的示图。图14是表示比较例1的衍射效率的测量结果的示图。图15是表示比较例2的衍射效率的测量结果的示图。图16是表示比较例3的衍射效率的测量结果的示图。图17是表示比较例4的衍射效率的测量结果的示图。图18是表示例子6的衍射效率的测量结果的示图。图19是表示例子7的衍射效率的测量结果的示图。图20是表示例子8的衍射效率的测量结果的示图。图21是表示例子9的衍射效率的测量结果的示图。图22是表示例子10的衍射效率的测量结果的示图。图23是表示例子11的衍射效率的测量结果的示图。具体实施方式以下说明本发明的示例性实施例。(衍射光学元件的说明)将通过使用图1A和图1B说明本发明的衍射光学元件的代表性的整个配置。图1A和图1B是多层衍射光学元件100的示意图。图1A是顶面视图，图1B是截面。该衍射光学元件被配置为在包含玻璃和塑料的透明基板层3上以其间没有间隔的方式层叠有具有衍射光栅形状的高折射低色散层2与低折射高色散层1。低折射高色散层1与高折射低色散层2的层叠次序可以相反。透明基板层3的两个面均可以为平坦的或球形或非球形的。为了改善光学元件的衍射效率，低折射高色散层1的d线的折射率(ndl)必须比高折射低色散层2的d线的折射率(nd2)大，并且低折射高色散层1的阿贝数(vdl)必须比高折射低色散层2的阿贝数(vd2)小。这里提到的阿贝数是表示可见光区(468.lnm~656.3nm)中的折射率的斜率(inclination)的指示。阿贝数(vd)由下式(1)计算。vd=(nd-l)/(nf~nc)式(1)nd:d线(587.6nm)折射率nf:f线(486.1nm)折射率nc:c线(656.3nm)折射率高折射低色散层2的说明下面说明本发明的光学衍射元件中的高折射低色散层。图2A是表示高折射低色散层2的截面，其中，无机细粒子5a被分散在有机树脂4a中。有机树脂4a优选透明度较高，并优选使用选自丙烯酸树脂、乙烯树脂和环氧树脂的一种或更多种类型的材料。当材料具有希望的特性时，对材料的类型的细节没有限制，并且材料可以是单独的或两种或更多种类型的组合的混合物。有机树脂4a的折射率(n2d)优选为1.50或更大，并且阿贝数(v2d)优选为40或更大。当折射率和阿贝数极低时，即使无机细粒子被供应，也不实现希望的折射率和阿贝数，并且作为高折射低色散层的功能不能被显示。当高折射低色散层意图在于容易被固化时，希望它是紫外线类型。例如，可以使用包含紫外线固化丙烯酸树脂(RC-C001;DainipponInkKagakuKogyou，nd=1.52,vd=52)、丙烯酸基单体(KAYARAD684;NIPPONKAYAKUCO.,LTD.)和任选的光引发剂(opticalinitiator)的混合物的树脂(nd=1.53，vd=54)。无机细粒子5a的平均尺寸优选为大于等于lnm且小于等于lOOnm，并且，当平均尺寸小于lnm时，在与有机树脂4a混合时其粘度(thickening)被增强，由此使得难以定形和形成。当平均细粒子尺寸大于100nm时，色散变得较大，并且不能获得希望的光学特性。由于无机细粒子5a增加树脂层的折射率并使得树脂层成为低色散层，因此d线的折射率nd优选为大于等于1.70且小于等于2.5，并且阿贝数Va优选为大于等于30且小于等于90。无机细粒子5a优选选自Al、Zr、Y、Ga、La和这些元素的氧化物和复合物，并可以为两种或更多种类型的元素的混合物。Al、Zr和这些元素的氧化物的纳米细粒子也被投放到市场中待售，并且，鉴于可得到性的容易性和制造成本，这些材料是优选的。无机细粒子5a的形状可以是球形的或是不确定的，并且只要可获得希望的特性，那么对于形状没有限制，但是，鉴于折射率的改善，该形状优选具有少数细孔。也可以给予无机细粒子5a的面用于增强可分散性的涂层、分散剂处理和面处理。允许无机细粒子5a被分散在有机树脂4a中的高折射低色散层2的d线的折射率(n2d)优选为大于等于1.54且小于等于1.63。表示可见区域中的波长色散的阿贝数(v2d)优选为在大于等于44且小于等于57的范围中。无机细粒子5a在高折射低色散层2中的含量比优选为大于等于lvol。/。且小于等于30vol%，更优选为大于等于5vol。/。且小于等于26vol%。当该含量比过度地比5volY。低时，希望的折射率和阿贝数的控制变得困难，并且，当它过度地比26vol。/。高时，在调整时粘度变强，由此使得难以定形和形成。当膜厚为30nm时，高折射低色散层2对于大于等于400nm且小于等于700nm的波长的平均透射系数优选为卯％或更大。有机树脂4a可包含任选的用于改善无机细粒子5a的可分散性的分散剂。分散剂的含量比优选在获得希望的分散效果并且不损害有机树脂4a所需要的特性的范围中，具体而言，该含量比优选为大于等于1.0质量％且小于等于10质量％。(低折射高色散层l的说明)下面说明本发明的光学衍射元件中的低折射高色散层1。图2B是表示低折射高色散层1的示意截面，其中，无机细粒子5b被分散在有机树脂4b中。有机树脂4b优选透明度较高且折射率较低，并优选使用选自丙烯酸基树脂、氟化丙烯酸基树脂、硅基树脂和氟树脂的一种或更多种类型的材料。当材料具有希望的特性时，对材料的类型的细节没有限制，并且材料可以是单独的或两种或更多种类型的组合的混合物。有机树脂4b的折射率(nld)优选为1.53或更小。当折射率极高时，即使无机细粒子被供应，也不实现希望的折射率，并且作为低折射高色散层的功能不能被显示。当低折射高色散层意图在于容易被固化时，希望它是紫外线类型。由于无机细粒子5b与有机树脂4b混合以变成低折射高色散，因此，分散优选尽可能地高。作为无机细粒子5b的一个例子，可以举出ITO、ATO、AZO、FZO、ln203、ZnO、Sn02、Ti02、NB2Os、Cr203和BaTiOs。特别地，鉴于衍射效率，诸如ITO、ATO、AZO、FZO、ln203、ZnO和Sn02的透明导电物质是优选的，并且，特别地，鉴于二次色散特性以及透明性，ITO是最优选的。无机细粒子5b的平均粒子尺寸优选为大于等于lnm且小于等于100nm。当平均粒子尺寸极小时，对细粒子的面的影响甚至到达细粒子内部，使得失去无机细粒子的光学特性。当与有机树脂混合时面处理剂的增加带来粘度的增强，由此使得难以定形和形成。当平均粒子尺寸极大时，色散变大，并且不能获得希望的光学特性。低折射高色散层1的d线的折射率(nld)优选为大于等于1.48且小于等于1.57。表示可见区域中的波长色散的阿贝数(vld)优选处于大于等于14且小于等于28的范围中。无机细粒子5b的含量比优选为大于等于lvol。/o且小于等于30vol%，更优选为大于等于5vol。/。且小于等于23vol%。当该含量比过度地比5vol。/。低时，希望的折射率和阿贝数的控制变得困难，并且，当它过度地比23vol。/。高时，在调整时粘度变强，由此使得难以定形和形成。当在其间没有间隔的情况下在高折射低色散层2上层叠低折射高色散层1时，低折射高色散层l的d线的折射率(nld)与高折射低色散层2的d线的折射率(n2d)之间的差值优选为0.024或更大。当它低于0.024时，由于光学元件壁面等，耀斑系数增加。(实验例子)(光学材料的调整和评估)首先，以下面的方式制造本发明中的用于高折射低色散层2的高折射率低色散(dispersion)材料与用于低折射高色散层1的低折射率高色散材料。<高折射率低色散材料的制备和评估>首先，在曱苯溶液中分散有10wt。/。的氧化锆的浆料(平均粒子尺寸3nm)与作为紫外线固化丙烯酸树脂的25wt。/。的三(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯、30wt%的三丙烯酸季戊四醇酯(pentaerythritoltriacrylate)、43wt。/。的二环戊烯氧基乙基甲基丙烯酯和2wt。/。的l-羟基环己基苯酮的混合物(固化后的折射率nd=1.53，vd=50)被混合。该混合溶液被放在蒸发器中，并且压力在45°C从IOO百帕逐渐降低，直到最终到达2百帕。甲苯溶液用12小时完全散发到大气中，由此制成高折射率低色散材料A1A5。氧化锆的粒子尺寸由激光系统(ELS:OtsukaDenshi制造)的粒子尺寸分布计测量。高折射率低色散材料A1A5的无机细粒子的体积分数为Al(23v%)、A2(20v%)、A3(18v%)、A4(10v%)和A5(6v%)。虽然无机细粒子的体积分数为30v。/。的材料Zl也被制造，但它在去除溶液之中产生了较高的粘度，因此溶液没有被完全去除。通过替换无机细粒子的类型，高折射率低色散材料A6A8被类似地制造。无机细粒子使用氧化铝(平均粒子尺寸20nm)用于高折射率低色散材料A6A8，并使用98wt。/o的三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯和2wt。/。的1-羟基环己基苯酮的混合物(固化后的折射率nd=1.53，阿贝数vd-52)用作紫外线固化丙烯酸树脂。高折射率低色散材料A6A8的无机细粒子的体积分数为A6(26v%)、A7(15v%)和A8(7v%)。在这种情况下，与氧化锆分散树脂类似，无机细粒子的体积分数为30v。/。的材料Z2也被制造，但它在去除溶液之中产生了较高的粘度，因此溶液没有被完全去除。在表l中示出在高折射率低色散材料A1A8中的无机细粒子、有机细粒子的材料和这些材料的混合比。低折射率高色散材料的制备首先，在二曱苯溶液中分散有10wt。/。的ITO细粒子(15~20nm)的浆料和紫外线固化丙烯酸树脂(固化后的折射率nd-1.52，阿贝数vd-51)被混合。该混合溶液被放在蒸发器中，并且压力在45°C从50百帕逐渐降低，直到最终到达2百帕。二曱苯溶液用12小时完全散发到大气中，由此制备低折射率高色散材料L1L9。低折射率高色散材料L1L9的无机细粒子的体积分数为Ll(16.0v%)、L2(14.1v%)、L3(12.9v%)、L4(7.9v%)、L5(5.4v%)、L6(7.6v%)、L7(4.8v°/0)、L8(2.9v0/)、L9(8.7v%)。在表2中示出在低折射率高色散材料L1L9中的无机细粒子和有机树脂的材料以及这些材料的混合比。作为上述紫外线固化丙烯酸树脂(固化后的折射率nd-1.52,阿贝数vd-51)的替代，紫外线固化丙烯酸基树脂(固化后的折射率nd=1.43,阿贝数vd=61)被使用，由此制备低折射率高色散材料T1T6。低折射率高色散材料T1T6的无机细粒子的体积分数为Tl(21.6v%)、T2(17.3v%)、T3(15.2v%)、T4(14.8v%)、T5(14.6v%)和T6(13.0v%)。在表3中示出在低折射率高色散材料T1T6中的无机细粒子和有机树脂的材料以及这些材料的混合比。光学特性的评估然后执行高折射率低色散材料A1A8与低折射率高色散材料L1L9的光学特性的评估。以下面的方式执行各光学特性的评估。折射率通过如下面那样制备样品测量各光学元件的折射率。首先，如图3所示，厚度为50nm的间隔件9与高折射率低色散材料7(A1A8)被设置在厚度为lmm的高折射玻璃6上。在该玻璃上，厚度为lmm的石英8通过间隔件9被安装，由此扩展和展开要制成为样品的高折射率低色散材料7。该样品在20mW/cm2和1000秒的条件下4皮高压4艮灯(EXECURE250，由HOYACANDEOOPTRONICSCO.,LTD制造)照射，由此使样品固化。对于g线435.8nrn、f线486.1nm、e线546.1謂、d线587.6謹和c线656.3薩的折射率，通过使用折射计(KPR-30，由ShimadzuCorporation制造)测量固化的样品。根据测量的折射率计算阿贝数。在表l中示出高折射率低色散材料A1A8的折射率和阿贝数。如表1所示，高折射率低色散材料A1A8的折射率为大于等于1.54且小于等于1.63，并且阿贝数为大于等于44且小于等于57。关于低折射率高色散材料L1L9，通过使用厚度为12.5pm的间隔件，在相同的条件下制备样品，并通过折射计测量折射率。在表2中示出低折射率高色散材料L1L9的折射率和阿贝数。如表2所示，低折射率高色散材料L1L9的折射率为大于等于1.53且小于等于1.57,并且阿贝数为大于等于19且小于等于39。透射率通过如下面那样制备样品测量各光学元件的透射率。首先，如图4所示，厚度为30|im的间隔件9和测量材料7(高折射率低色散材料(A1A8)与低折射率高色散材料(L1L9和T1T6))被设置在厚度为lmm的玻璃基板8上。在这些材料和间隔件上，厚度为lmm的玻璃基板8被安装，由此扩展和展开要制成为样品的高折射率低色散材料7。该样品在20mW/cm2和1000秒的条件下被高压4艮灯(EXECURE250，由HOYACANDEOOPTRONICSCO.，LTD制造)照射，由此j吏样品固化。以10nm的间隔对达400~800nm的透射率通过分光测光仪(U4000,由HitachiSeisakusho制造)测量固化的样品，并计算其平均值。在表1中示出高折射率低色散材料A1A8的透射率。如表1所示，高折射率低色散材料A1A8的透射率为96%或更大，并且它显示出具有良好的透过率。通常地，当透射率为90%时，可以说示出良好的透射率。关于低折射率高色散材料L1L9和T1T6，作为光学元件示出足够的透射率。形状可转移性的评估通过如下面那样制备样品测量各光学元件的形状可转移性。图5是评估模具12的部分放大截面的示意图。如图5所示，评估模具12包含用作基础层的模具基材层11和具有上层的光栅形状的镀层(platedlayer)10。镀层10的形状为，沟槽高度d=14|im、间距X=80nm，面粗糙度Ra为2nm或更小。如图6所示，测量材料7(高折射率低色散材料(A1A8)和低折射率高色散材料(L1L9和T1T6))滴落在评估模具12上，并且在这些材料上放置平板玻璃13，由此将它们伸展和展开成为总厚度为30jim的树脂并制成为样品。该样品在20mW/cm2和1000秒的条件下4皮高压4艮灯(EXECURE250，由HOYACANDEOOPTRONICSCO.,LTD制造)照射，由此使样品固化(图7A)。如图7B所示，通过模具释放夹具14从固化的树脂释放固化的样品，使得平板玻璃13可保持为与水平面平行，并且通过非接触三维面形状和粗糙度测量仪器(NewView5000,由ZygoCorporation制造)观察其边缘(edged)形状。观察高折射率低色散材料A1A8与Zl和Z2的转移形状，并且在表l中示出其结果。如表l所示，高折射率低色散材料A1A8的所有边缘以良好的形状被转移。与此相反，高折射率低色散材料Zl和Z2不能获得足够的可转移性。关于低折射率高色散材料L1L9和T1T6，也获得良好的可转移性。线膨胀系数的测量以下面的方式测量各光学元件的线膨胀系数。用于透射率测量的样品的基板的一部分被取出并通过TMA(由PerkinElmer，Inc.制造)测量。在表l中示出高折射率低色散材料A1A8的测量结果。多层衍射光学元件100然后，以在其间没有间隔的方式层叠使用高折射率低色散材料A1A8的衍射光学元件与使用低折射率高色散材料L1L9和T1T6的光学元件，由此制备多层衍射光学元件，并且其评估被执行。在表4中示出例子1~5和比较例14的多层衍射光学元件的配置。例子1是使用高折射率低色散材料Al的衍射光学元件与使用低折射率高色散材料L1的衍射光学元件的多层衍射光学元件。类似地，例子2是使用材料A2和L2的多层衍射光学元件，例子3使用A3和L3，例子4使用A4和L4,例子5使用A6和L6。比较例1是使用材料A5和L5的多层衍射光学元件，比较例2使用A7和L7，比较例3使用A8和L8,比较例4使用L-BAL35和L9。在表4中示出例子1~5和比较例1~4的衍射光栅的形状(高度和间距宽度)。在表5中示出例子611的多层衍射光学元件的配置。例子6是使用高折射率低色散材料A3的衍射光学元件与使用低折射率高色散材料Tl的衍射光学元件的多层衍射光学元件。类似地，例子7是使用材料A4和T2的多层衍射光学元件，例子8使用A5和T3，例子9使用A6和T4，例子10使用A7和T5,例子11使用A8和T6。在表5中示出例子611的衍射光栅的形状(高度和间距宽度)。衍射效率的评估通过以下面方式制备样品测量各多层衍射光学元件的折射效率。首先，与使用图57A和图7B说明的衍射光学元件的制造方法类似，使用高折射率低色散材料的衍射光学元件被制备。但是，比较例4中的L-BAL35玻璃(由OHARAINC.制造)通过切割和抛光被制备为类似的形状。然后，在平板玻璃13上形成的高折射率低色散材料与平板玻璃13—起被放在形成夹具15上，然后，低折射率高色散材料16滴落在高折射率低色散材料7上(图8A)。在该材料16上放置平板玻璃13，由此将该材料16伸展和展开，使得树脂的厚度变为比光栅的高度高10|im(图8B)以将其制造成样品。该样品在20mW/cm2和1000秒的条件下#皮高压《艮灯(EXECURE250，由HOYACANDEOOPTRONICSCO.，LTD制造)照射，由此使样品固化。固化的样品被取出，并且在25。C和60。C的衍射效率被测量。衍射效率是在用衍射光栅的设计阶次的光量照射用与衍射光学元件相同的树脂制备并具有相同的膜厚的基板上构件的情况下的透射率。与衍射光学元件相同的膜厚意味着衍射光学元件的平均膜厚。在表4中示出例子15和比较例14的结果。在表5中示出例子611的结果。耀斑系数的测量以下面的方式测量各多层衍射光学元件的耀斑系数。倾斜15度的光被允许进入多层衍射光学元件100，并且，通过取下分光光度计(U4000，由Hitachi,Ltd.制造)的积分球的后面而让设计阶次的衍射光穿过，并且该光以外的耀斑光被测量。在表4中示出例子1~5和比较例14的结果。在表5中示出例子611的结果。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>表4<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>表s<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>测量和评估结果(例子1~5)从表4可以清楚地看出，例子1~5中的高折射率低色散材料的折射率nd为大于等于1.57且小于等于1.63，并且阿贝数Vd为大于等于44且小于等于57。低折射率高色散材料的折射率iid为大于等于1.54且小于等于1.57，并且阿贝数Vd为大于等于19且小于等于28。高折射率低色散材料与低折射率高色散材料之间的折射率差值为大于等于0.024且小于等于0.051。图9~13是表示例子15中的多层衍射光学元件的各波长的衍射效率的示图。从表4和图913可以清楚地看出，对于23。C和60。C的任一种情况，例子1~5的衍射效率为99%或更大，并且是极好的。如表4所示，例子15的耀斑系数为1.7%或更小，并且是极好的。(比较例1~3)从表4可以清楚地看出，比较例1~3中的高折射率低色散材料的折射率nd为大于等于1.54且小于等于1.56,并且阿贝数va为大于等于47且小于等于55。低折射率高色散材料的折射率nd为大于等于1.53且小于等于1.54，并且阿贝数Vd为大于等于32且小于等于39。对于任何情况，高折射率低色散材料与低折射率高色散材料之间的折射率差值为大于等于0.011且小于等于0.023。图14-16是表示比较例1~3中的多层衍射光学元件的各波长的衍射效率的示图。对于23。C和60。C的任一种情况，比较例13的衍射效率为99%或更大，并且是极好的。但是，如表4所示，比较例13的耀斑系数为2.2%或更大，并且难以说这是好的。(比较例4)从表4可以清楚地看出，比较例4中作为高折射率低色散材料的L-BAL35的折射率nd为1.589,并且阿贝数Va为60.8。低折射率高色散材料的折射率nd为1.549，并且阿贝数Vd为26.5。高折射率低色散材料与低折射率高色散材料之间的折射率差值为0.040。作为表4比较例4中的高折射率低色散材料的L-BAL35的线膨胀系数为7.0xlO-6/°C，并且是极小的。由此，折射率的温度依赖性与低折射率高色散L9大大不同。图17是表示比较例4中的多层衍射光学元件的各个波长的衍射效率的示图。虽然在26°C比较例4的衍射效率为99%或更大，但在60。C衍射效率为75%并且在很大程度上降低。(例子6~11)从表5可以清楚地看出，例子6~11中的高折射率低色散材料的折射率nd为大于等于1.54且小于等于1.61，并且阿贝数Vd为大于等于44且小于等于57。低折射率高色散材料的折射率Hd为大于等于1.48且小于等于1.53,并且阿贝数Vd为大于等于14且小于等于20。对于任何情况，高折射率低色散材料与低折射率高色散材料之间的折射率差值为大于等于0.053且小于等于0.075。图1823是表示例子6~11中的多层衍射光学元件的各波长中的衍射效率的示图。对于23。C和60。C的任一情况，例子15的衍射效率为99%或更大，并且是极好的。如表5所示，例子15的耀斑系数为0.4%或更小，并且是极好的。从这些结果，在以其间没有间隔的方式层叠分散有细粒子的高折射率低色散材料与分散有细粒子的低折射率高色散材料的多层衍射光学元件的情况中，高折射率低色散材料的d线的折射率被取为大于等于1.54且小于等于1.63，并且阿贝数被取为大于等于44且小于等于57，低折射率高色散材料的d线的折射率被取为大于等于1.48且小于等于1.57，并且阿贝数被取为大于等于14且小于等于28，并且高折射率低色散材料与低折射率高色散材料之间的d线的折射率差值被取为大于等于0.024且小于等于0.075,使得多层衍射光学元件可被实现，其中衍射效率为99%或更大，形状可转移性是良好的，并且由于温度变化导致的透射率的波动较小。即，通过层叠包含其间没有间隔的分散有无机细粒子的高折射率低色散的有机树脂与分散有无机细粒子的低折射率高色散的有机树脂的光学元件来形成本发明的光学元件。作为结果，衍射效率可增加，并且由于界面应力导致的畸变可被抑制，并且随由于吸水系数之间的差值和线膨胀系数之间的差值导致的有机树脂之间的折射率差值的变化的改变可减小。虽然已参照示例性例子说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性例子。随附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更及等同的结构和功能。权利要求1.一种多层衍射光学元件，包括透明基板(3)；至少在一个面上具有衍射光栅形状并包含相对高折射率低色散材料的第一层(1、2)；和至少在一个面上具有衍射光栅形状并包含相对低折射率高色散材料的第二层(1、2)，其中，第一层和第二层被层叠到透明基板上，使得各个衍射光栅形状以其间没有间隔的方式互相彼此相对，并且，第一层包含含有第一无机细粒子(5a)的第一有机树脂(4a)，并且第二层包含含有与第一无机细粒子不同的第二无机细粒子(5b)的第二有机树脂(4b)。2.根据权利要求1的多层衍射光学元件，其中，高折射率低色散材料的d线的折射率为大于等于1.54且小于等于1.63，且阿贝数为大于等于44且小于等于57，并且，低折射率高色散材料的d线的折射率为大于等于1.48且小于等于1.57，且阿贝数为大于等于14且小于等于28，并且，高折射率低色散材料与低折射率高色散材料之间的d线的折射率差值为大于等于0.024且小于等于0.075。3.根据权利要求2的多层衍射光学元件，其中，第一和第二无机细粒子的平均粒子尺寸为大于等于lnm且小于等于lOOnm。4.根据权利要求3的多层衍射光学元件，其中，第一无机细粒子包含选自Al、Zr、Y、Ga、La及其氧化物和复合物的至少一种类型，并具有大于等于1.70且小于等于2.5的其d线的折射率和大于等于30且小于等于90的阿贝数。5.根据权利要求3的多层衍射光学元件，其中，第一层中的第一无才几细粒子的体积含量为l~29vol%。6.根据权利要求2的多层衍射光学元件，其中，第二无机细粒子是透明导电物质。7.根据权利要求6的多层衍射光学元件，其中，透明导电物质是ITO。8.根据权利要求l的多层衍射光学元件，其中，在第一和第二层中包含的有机树脂包含选自丙烯酸树脂、乙烯树脂和环氧树脂的至少一种类型。9.根据权利要求8的多层衍射光学元件，其中，在第一和第二层中包含的有机树脂包含紫外线固化树脂。全文摘要本发明提供一种多层衍射光学元件，包括透明基板；至少在一个面上具有衍射光栅形状并包含相对高折射率低色散材料的第一层；和至少在一个面上具有衍射光栅形状并包含相对低折射率高色散材料的第二层，其中，第一层和第二层被层叠到透明基板上，使得各个衍射光栅形状以其间没有间隔的方式互相彼此相对，并且，第一层包含含有第一无机细粒子的第一有机树脂，并且第二层包含含有与第一无机细粒子不同的第二无机细粒子的第二有机树脂。文档编号G02B1/04GK101231357SQ20081000514公开日2008年7月30日申请日期2008年1月22日优先权日2007年1月22日发明者久保田怜子,宇久田秀雄申请人:佳能株式会社