(57)【要約】【課題】回折光学素子において、光線の入射角が大きいと、光線がけられてフレア光やゴーストが発生し、色収差が大きくなってしまう。【解決手段】光学素子材料としてポリビニルカルバゾールを用い、熱成形、溶媒蒸発、熱重合、光重合等により成形型で回折光学素子を成形する。特に熱重合、光重合には、流動性を有するモノマーでありＮ−ビニルカルバゾールを、成形型内に供給した後重合するため、回折構造が複雑で微細な場合においても、容易に形状を成形することができる。また、ポリビニルカルバゾールに、熱開始材、光開始材、光開始材と２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物等を添加した光学材料を使用する。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリビニルカルバゾールを成形型に供給し、熱可塑成形によって光学素子を成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
溶媒に溶解させたポリビニルカルバゾールを成形型に供給し、該溶媒を蒸発させて光学素子を成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項３】
主にＮ−ビニルカルバゾールからなる物質を成形型に供給し、該成形型の内部において重合反応により硬化させ、ポリビニルカルバゾールに変換して光学素子を成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記重合反応は熱重合であり、前記熱重合は７０℃以上１３０℃以下の温度での加熱処理により行われることを特徴とする請求項３に記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記重合反応は光重合であり、前記光学材料は２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物を含むことを特徴とする請求項３に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物が、ジビニルベンゼンであることを特徴とする請求項５に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物は、その重量割合が０．５ｗｔ％〜２．５ｗｔ％の範囲であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記光学素子が回折光学素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項９】
主に流動性を有するＮ−ビニルカルバゾールからなる物質を、回折形状を有する成形型に供給し、該Ｎ−ビニルカルバゾールを該成形型の内部において重合反応により硬化させポリビニルカルバゾールに変換し、該硬化したポリビニルカルバゾールを該成形型から離型することにより光学素子を成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法によって製造することを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
主に流動性を有するＮ−ビニルカルバゾールからなる物質を、回折形状を有する成形型に供給し、該Ｎ−ビニルカルバゾールを該成形型の内部において重合反応により硬化させポリビニルカルバゾールに変換して回折光学素子とし、該回折光学素子と他の回折光学素子とを、お互いの回折面を対向させて組み合わせることにより積層型光学素子を成形することを特徴とする積層型回折光学素子の製造方法。
【請求項１２】
硬化樹脂を、回折形状を有する成形型に供給し、該硬化樹脂を該成形型の内部において硬化させ、該硬化した硬化樹脂を、該成形型から離型して回折光学素子とし、主に流動性を有するＮ−ビニルカルバゾールからなる物質を該回折光学素子に供給し、該Ｎ−ビニルカルバゾールを該回折光学素子の内部において重合反応により、該回折光学素子の回折形状を埋め込み、平坦化されるように硬化させてポリビニルカルバゾールに変換し、お互いの回折面が対向するように、該回折光学素子と他の回折光学素子とを組み合わせることにより積層型光学素子を成形することを特徴とする積層型回折光学素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の積層型回折光学素子の製造方法によって製造することを特徴とする積層型回折光学素子。
【請求項１４】
熱重合により光学素子を成形する光学材料であって、Ｎ−ビニルカルバゾールと熱開始剤とを含むことを特徴とする光学材料。
【請求項１５】
光重合により光学素子を成形する光学材料であって、Ｎ−ビニルカルバゾールと光開始剤とを含むことを特徴とする光学材料。
【請求項１６】
２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物を含むことを特徴とする請求項１５に記載の光学材料。
【請求項１７】
前記２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物が、ジビニルベンゼンであることを特徴とする請求項１６に記載の光学材料。
【請求項１８】
前記２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物は、その重量割合が０．５ｗｔ％〜２．５ｗｔ％の範囲であることを特徴とする請求項１６または１７に記載の光学材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ、フィルター、ミラー、屈折光学素子等の光学素子の製造方法、光学素子、光学系、光学材料及び画像形成装置に関し、特に屈折率分散の大きな光学材料を使用した光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光線を屈折させる複数のレンズによって構成される光学系においては、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できない事があった。
【０００３】
前述の硝材の組み合わせにより色収差を減じる方法に対して、レンズやあるいは光学系の一部に回折格子を設ける事で色収差を減じる方法が、ＳＰＩＥ　Ｖｏｌ．１３５４　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｌｅｎｓ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（１９９０）等の文献により開示されている。光学系において屈折面と回折面とは、ある基準波長の光線に対して、その色収差は逆方向となる事が知られている。この現象を利用し、両者の色収差を相殺し、全体として色収差の低減を実現している。さらに、このような回折光学素子においては、その回折格子の構造の周期を連続的に変化させる事により、非球面レンズと等価な機能を持たせることもできる。従ってこのような回折格子を有するレンズを採用すれば、色収差を大幅に低減させることが可能となる。
【０００４】
通常の屈折面において１本の光線は屈折後も１本の光線であるのに対し、回折面において１本の光線は回折され各次数の複数の光線に分かれてしまう。そこで、光学系として回折光学素子を用いる場合には、回折された複数の光線のうち、使用波長領域の光束が設計された特定次数に集中するように格子構造を決定する必要がある。特定次数に光線が集中している状態では、それ以外の次数の回折光の強度は低く、強度が０の場合にはその回折光は存在しないものとなる。逆に、特定次数以外の次数をもった光線が存在する場合は、その光線は特定次数の光線とは別な所に結像しフレア光となってしまう。従って、色収差を効率的に低減させるには、特定次数の光線の回折効率を十分に高くすることが必要である。
【０００５】
このような使用波長領域の光束が設計された特定次数に集中するように格子構造を決定する構成は、特開平９−１２７３２１号公報、特開平９−１２７３２２号公報、特開平１１−０４４８０８号公報、特開平１１−０４４８１０号公報等に開示されている。これらは、異なる分散を有する複数の材料と各回折格子の厚さ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異なる光学材料を積層し、それら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、所望の積層型回折光学素子が形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した特開平９−１２７３２１号公報、特開平９−１２７３２２号公報、特開平１１−０４４８０８号公報、特開平１１−０４４８１０号公報においては、広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の組み合わせを用いている。
【０００７】
具体的には、特開平９−１２７３２１号公報の場合はＢＭＳ８１（ｎｄ＝１．６４，νｄ＝６０．１：オハラ製）とプラスチック光学材料ＰＣ（ｎｄ＝１．５８，νｄ＝３０．５：帝人化成）、特開平９−１２７３２２号公報の場合はＬａＬ１４（ｎｄ＝１．６９６８，νｄ＝５５．５：オハラ製）、アクリル樹脂（ｎｄ＝１．４９，νｄ＝５７．７）、Ｃｙｔｏｐ（ｎｄ＝１．３４１４９，νｄ＝９３．８：旭硝子製）、ＰＣ（ｎｄ＝１．５８，νｄ＝３０．５：帝人化成）、特開平１１−０４４８０８号公報及び特開平１１−０４４８１０号公報の場合はＣ００１（ｎｄ＝１．５２５０，νｄ＝５０．８：大日本インキ製）、プラスチック光学材料ＰＣ（ｎｄ＝１．５８，νｄ＝３０．５：帝人化成）、ＰＳ（ｎｄ＝１．５９１８，νｄ＝３１．１）、ＰＭＭＡ（ｎｄ＝１．４９１７，νｄ＝５７．４）、ＢＭＳ８１（ｎｄ＝１．６４，νｄ＝６０．１：オハラ製）等を、それぞれ組み合わせて用いている。
【０００８】
しかしながら、回折光学素子においては、その形状のため光線の入射角が大きい場合、光線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。そこで回折格子の総厚を薄くするために、従来の光学材料よりもより屈折率分散の大きな材料を使用する事が必要である。図２９は、光学材料として市販、もしくは研究開発されている光学材料のアッベ数と屈折率を示したグラフである。縦軸は屈折率（ｎｄ）、横軸はアッベ数（νｄ）である。この中でポリビニルカルバゾールが有機高分子の中ではアッペ数が１７．３と最も小さい事が知られている。
【０００９】
ポリビニルカルバゾールを積層型回折光学素子に用いた例は、特開平１０−２６８１１６号公報に記載されている。特開平１０−２６８１１６号公報では、表３に弾性樹脂としてポリビニルカルバゾールを挙げている。回折格子に弾性樹脂であるポリビニルカルバゾールを押し付ける事により、回折格子面に圧着し一体化する事で多層回折格子を形成している。しかしながら、ポリビニルカルバゾールは非常に脆い物質であるため、少ない荷重で簡単にクラック等が発生してしまう。従って特開平１０−２６８１１６号公報に記載されているように、弾性樹脂であるポリビニルカルバゾールを、回折格子に押し付けて光学素子を成形するには、多大な時間をかけて押し付ける必要があり、産業上実施する事は非常に困難である。また近年、回折格子の形状は微細でかつ複雑になってきており、更に困難なものとなっている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の手段は、ポリビニルカルバゾールを成形型に供給し、熱可塑成形によって光学素子を成形する光学素子の製造方法を提供することである。
【００１１】
また本発明の第２の手段は、溶媒に溶解させたポリビニルカルバゾールを成形型に供給し、該溶媒を蒸発させて光学素子を成形する光学素子の製造方法を提供することである。
【００１２】
また本発明の第３の手段は、主にＮ−ビニルカルバゾールからなる物質を成形型に供給し、該成形型の内部において重合反応により硬化させ、ポリビニルカルバゾールに変換して光学素子を成形する光学素子の製造方法を提供することである。
【００１３】
また本発明の第４の手段は、前記重合反応は熱重合である本発明の第３の手段は記載の光学素子の製造方法を提供することである。
【００１４】
また本発明の第５の手段は、前記物質は熱開始剤を含む本発明の第４の手段に記載の光学素子の製造方法を提供することである。
【００１５】
また本発明の第６の手段は、前記熱重合は、７０℃以上１３０℃以下の温度での加熱処理により行われる本発明の第４または第５の手段に記載の光学素子の製造方法を提供することである。
【００１６】
また本発明の第７の手段は、前記重合反応は光重合である本発明の第３の手段に記載の光学素子の製造方法を提供することである。
【００１７】
また本発明の第８の手段は、前記物質は光開始剤を含む本発明の第７の手段に記載の光学素子の製造方法を提供することである。
【００１８】
また本発明の第９の手段は、前記光開始剤は、紫外光または可視光照射処理によってラジカル種の生成が可能な、ラジカル重合開始剤を含有する本発明の第７または第８の手段に記載の光学素子の製造方法を提供することである。
【００１９】
また本発明の第１０の手段は、前記光開始剤は、１−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニル−ケトンを含有する本発明の第８の手段に記載の光学素子の製造方法を提供することである。
【００２０】
また本発明の第１１の手段は、前記光学材料は、２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物を含む本発明の第８の手段に記載の光学素子の製造方法を提供することである。
【００２１】
また本発明の第１２の手段は、前記２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物が、ジビニルベンゼンである本発明の第１１の手段に記載の光学素子の製造方法を提供することである。
【００２２】
また本発明の第１３の手段は、前記２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物は、その重量割合が０．５ｗｔ％〜２．５ｗｔ％の範囲である本発明の第１０または１１の手段に記載の光学素子の製造方法を提供することである。
【００２３】
また本発明の第１４の手段は、前記光学素子が回折光学素子である本発明の第１乃至第１３のいずれか１つの手段に記載の光学素子の製造方法を提供することである。
【００２４】
また本発明の第１５の手段は、主に流動性を有するＮ−ビニルカルバゾールからなる物質を、回折形状を有する成形型に供給し、該Ｎ−ビニルカルバゾールを該成形型の内部において重合反応により硬化させポリビニルカルバゾールに変換し、該硬化したポリビニルカルバゾールを該成形型から離型することにより光学素子を成形する光学素子の製造方法を提供することである。
【００２５】
また本発明の第１６の手段は、本発明の第１乃至１５の手段のいずれか１つの手段に記載の光学素子の製造方法によって製造した光学素子を提供することである。
【００２６】
また本発明の第１７の手段は、主に流動性を有するＮ−ビニルカルバゾールからなる物質を、回折形状を有する成形型に供給し、該Ｎ−ビニルカルバゾールを該成形型の内部において重合反応により硬化させポリビニルカルバゾールに変換して回折光学素子とし、該回折光学素子と他の回折光学素子とを、お互いの回折面を対向させて組み合わせることにより積層型光学素子を成形する積層型回折光学素子の製造方法を提供することである。
【００２７】
また本発明の第１８の手段は、硬化樹脂を、回折形状を有する成形型に供給し、該硬化樹脂を該成形型の内部において硬化させ、該硬化した硬化樹脂を、該成形型から離型して回折光学素子とし、主に流動性を有するＮ−ビニルカルバゾールからなる物質を前記回折光学素子に供給すし、該Ｎ−ビニルカルバゾールを前記回折光学素子の内部において重合反応により硬化させ、ポリビニルカルバゾールに変換することにより積層型光学素子を成形する積層型回折光学素子の製造方法を提供することである。
【００２８】
また本発明の第１９の手段は、硬化樹脂を、回折形状を有する第１、第２の成形型に供給し、該硬化樹脂を該第１、第２の成形型の内部において硬化させ、該硬化した硬化樹脂を、該第１、第２の成形型から離型して、第１、第２の回折光学素子とし、該第１、第２の回折光学素子を、お互いの回折面を対向させて配置し、その間に、主にＮ−ビニルカルバゾールからなる物質を供給し、該Ｎ−ビニルカルバゾールを該第１、第２の回折光学素子の内部において重合反応により硬化させ、ポリビニルカルバゾールに変換することにより積層型光学素子を成形する積層型回折光学素子の製造方法を提供することである。
【００２９】
また本発明の第２０の手段は、硬化樹脂を、回折形状を有する成形型に供給し、該硬化樹脂を該成形型の内部において硬化させ、該硬化した硬化樹脂を、該成形型から離型して回折光学素子とし、主に流動性を有するＮ−ビニルカルバゾールからなる物質を該回折光学素子に供給し、該Ｎ−ビニルカルバゾールを該回折光学素子の内部において重合反応により、該回折光学素子の回折形状を埋め込み、平坦化されるように硬化させてポリビニルカルバゾールに変換し、お互いの回折面が対向するように、該回折光学素子と他の回折光学素子とを組み合わせることにより積層型光学素子を成形する積層型回折光学素子の製造方法を提供することである。
【００３０】
また本発明の第２１の手段は、前記回折光学素子の屈折率分散は、前記他の回折光学素子の屈折率分散よりも高いことを特徴とする本発明の第１７または第２０の手段に記載の積層型回折光学素子の製造方法を提供することである。
【００３１】
また本発明の第２２の手段は、本発明の第１７乃至第２１のいずれか１つの手段に記載の積層型回折光学素子の製造方法によって製造した積層型回折光学素子を提供することである。
【００３２】
また本発明の第２３の手段は、熱重合により光学素子を成形する光学材料であって、Ｎ−ビニルカルバゾールと熱開始剤とを含む光学材料を提供することである。
【００３３】
また本発明の第２４の手段は、光重合により光学素子を成形する光学材料であって、Ｎ−ビニルカルバゾールと光開始剤とを含む光学材料を提供することである。
【００３４】
また本発明の第２５の手段は、前記光開始剤として、紫外光または可視光照射処理によってラジカル種の生成が可能な、ラジカル重合開始剤を含有する光学材料を提供することである。
【００３５】
また本発明の第２６の手段は、前記光開始剤として、１−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニル−ケトンを含有する本発明の第２４の手段に記載の光学材料を提供することである。
【００３６】
また本発明の第２７の手段は、２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物を含む本発明の第２４の手段に記載の光学材料を提供することである。
【００３７】
また本発明の第２８の手段は、前記２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物が、ジビニルベンゼンである本発明の第２７の手段に記載の光学材料を提供することである。
【００３８】
また本発明の第２９の手段は、前記２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物は、その重量割合が０．５ｗｔ％〜２．５ｗｔ％の範囲である本発明の第２７または第２８の手段に記載の光学材料を提供することである。
【００３９】
また本発明の第３０の手段は、本発明の第２３または第２９のいずれか１つの手段に記載の光学材料からなる光学素子を提供することである。
【００４０】
また本発明の第３１の手段は、本発明の第１５または第２５の手段に記載の光学素子、もしくは、本発明の第２２の手段に記載の積層型光学素子を含む光学系を提供することである。
【００４１】
また本発明の第３２の手段は、前記光学系は、撮影光学系である本発明の第３１の手段に記載の光学系を提供することである。
【００４２】
また本発明の第３３の手段は、前記光学系は、投影光学系である本発明の第３１の手段に記載の光学系を提供することである。
【００４３】
また本発明の第３４の手段は、本発明の第３１の手段に記載の光学系を用いて感光体上に像を形成する画像形成装置を提供することである。
【００４４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明は、前述の屈折率分散が大きい（νｄ＝１７．３）有機高分子材料であるポリビニルカルバゾールを、成形材料として使用した光学素子からなる積層型回折光学素子およびその製造方法に関する。本発明の製造方法によれば、ポリビニルカルバゾールを任意形状に成形する事が可能となり、１００μｍの領域で８０％以上の透過率を有する光学素子を得ることができる。また、屈折率分散が大きいため、積層構造において回折格子形状の厚さは薄くなっている。
【００４５】
積層型光学素子の構成は、回折格子構造を有する屈折率分散の異なる２種の光学材料からなる２つの光学素子が、それぞれ基板上に配置された状態で、お互いの回折格子が対向するように積層されている。２種の光学材料にうち屈折率分散の高い光学材料として、ポリビニルカルバゾールが使用されている。また３つの光学素子を積層し、少なくともその１つの光学材料がポリビニルカルバゾールである構成とすることもできる。
【００４６】
このような回折格子構造を有する光学素子を、ポリビニルカルバゾールを利用して製造するためには、回折格子構造に対応した形状を有する金型を用いて成形する事ができる。製造方法としては、ポリビニルカルバゾールの粉末を型内に充填し、加熱し、加圧する熱可塑成形を挙げることができる。ポリビニルカルバゾールの粉末を使用することで、複雑で微細の形状を有する金型に対しても、容易にポリビニルカルバゾールを充填する事ができる。
【００４７】
また、重合させたポリビニルカルバゾールを溶剤に溶解した後、金型内に充填し加熱する事で硬化させる方法も挙げる事もできる。溶解した状態で金型に充填されるため、複雑で微細の形状を有する金型に対しても、容易にポリビニルカルバゾールを充填する事ができる。ただしこの場合、使用した溶剤を金型内において、徐々に蒸発除去することにより所望の形状を得るものである。
【００４８】
また、金型内で重合反応させることにより製造する事もできる。原料体としては、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾールを使用する。Ｎ−ビニルカルバゾールは流動性を有しているため、複雑な回折格子構造を有する型の隙間にも、原材料を容易に充填することができる。Ｎ−ビニルカルバゾールは重合する事でポリビニルカルバゾールへと変換する。Ｎ−ビニルカルバゾールを型内に充填し、その後重合させることにより、ポリビニルカルバゾールの回折格子構造を高精度に成形する事ができる。
【００４９】
Ｎ−ビニルカルバゾールの型内における重合反応には、熱重合を使用する事ができる。具体的には、まず基板となるガラス平板と、微細な回折格子構造に対応する型となる金属材料からなる型を対向して配置する。次に基板と型との間に流動性を有するＮ−ビニルカルバゾールを流し込む。次にその状態を維持したまま加熱する。これにより、モノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾールは、熱重合反応しポリビニルカルバゾールとなる。
【００５０】
尚、基板の熱膨張率と型の熱膨張率に大きな差が有る場合には、加熱温度が高いと回折格子の間隔等に不一致が生じてしまう。こ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。またモノマーの揮発を防止するためには１３０℃以下に選択することが好ましい。また加熱温度が低いと、重合反応が完了するのに要する時間が長くなるため、少なくとも７０℃以上に設定することが好ましい。従って、熱重合におけるに加熱温度は７０℃以上、１３０℃以下の範囲に選択することが好ましい。
【００５１】
また、反応速度を遅くする事なく加熱温度を低く抑えるためには、熱重合開始剤を添加し、重合反応を誘起する形態をとることができる。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。
【００５２】
尚、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。本発明の実施の形態において、原料体であるモノマー主成分の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、０．００５〜１０質量％の範囲に選択することが好ましい。
【００５３】
また、Ｎ−ビニルカルバゾールの型内における重合反応には、前述の熱重合に代えて光重合を使用する事もできる。光照射による光重合反応の誘起は、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の他に、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もできる。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に起因する機構を利用するものが好ましい。
【００５４】
前記Ｎ−ビニルカルバゾールにおいて、利用可能な光重合開始剤としては、例えば、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、光照射量や付加的な加熱温度に応じて適宜選択することができる。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。尚、本発明にかかる回折光学素子の製造に利用する際、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として、原料体全体における光重合開始剤の含有率を０．００５〜１０質量％の範囲に選択することが好ましい。光重合開始剤を使用することで、照射条件を自由に設定することが可能となり、照射時間を大幅に短くする事も可能となる。
【００５５】
光照射により、ポリビニルカルバゾールからなる回折光学素子を成形する場合、基板としては透明なガラス平板を使用し、型として微細な回折格子構造に対応する金属材料を使用する。基板と型との間に流動性を示すＮ−ビニルカルバゾールを流し込む。その状態を維持したまま、光照射してモノマー主成分の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応じて、好適な波長の光を利用して行われる。光照射は、基板と型の間に保持されたＮ−ビニルカルバゾールに対して、ガラス平板を介して均一に実施される。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。
【００５６】
尚、前述の光重合及び熱重合を使用すれば、溶剤を使用する必要がないため、光学素子を短い作業時間で製造することができる。またＮ−ビニルカルバゾールはそれ自体に流動性を有しており、微細形状の型であっても容易に流し込む事ができる。従って、光重合及び熱重合を使用するほうがより好ましい形態である。また、光重合及び熱重合を使用する形態では、型の内部にＮ−ビニルカルバゾールを保持した状態で、ポリビニルカルバゾールへの変換を行うため、不要な揮発性成分の生成を回避することができる。そのため、型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を回避する事もできる。
【００５７】
次に、ポリビニルカルバゾールからなる回折光学素子を、重合反応により製造する際に有効な、ポリビニルカルバゾールへの添加物について説明する。
【００５８】
ポリビニルカルバゾールは対衝撃性が低く、また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、Ｎ−ビニルカルバゾールと重合開始剤の重合反応により形成されるポリビニルカルバゾールのみで構成された光学素子では、重合反応において型内で硬化収縮により残留応力が発生する。この残留応力は高温多湿の環境下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る。この変形やクラックを抑制するためには、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添加し、それらが架橋化することにより形成される光学材料を使用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多湿の環境下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。
【００５９】
また、ここで使用されるのは光学材料であるため透明性を要求される。ポリビニルカルバゾールは透明であるが、その他の化合物を添加すると、光重合による成形後のポリマー同士の相溶性によっては、相分離を起こし、白く濁り、光学的散乱の原因となる事もある。しかしながら、添加する２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物を２．５ｗｔ％以下の範囲とすることにより、相分離が起きたり、白く濁ることなく、光学的散乱のない光学素子を成形することができる。また０．２５ｗｔ％以下の範囲とすることにより、形状の変形やクラックの発生を抑制する事ができる。
【００６０】
また、添加する２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物は、ジビニルベンゼンであることが好ましい。ジビニルベンゼンは、スチレン、ビニルトルエンのように酸素阻害する事なく光重合するものであり、８０℃〜１００℃の加温状態において反応や蒸発することもない安定な化合物である。
【００６１】
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ため、融点である６５℃以上で保温する必要がある。ジビニルベンゼンは、反応性の高いアクリル系、メタクリル系の化合物のように、６５℃以上の保温により数時間で反応することがないため、安定なモノマーを形成する事ができる。また、光学材料に要求される特性として、低アッペ数で高屈折率であることが要求される。ジビニルベンゼンの屈折率は（Ｎｄ＝１．５３２：液体時）と高くなっている。尚、ジビニルベンゼンはメタ、パラ各種異性体が混在していても差し支えない。
【００６２】
またジビニルベンゼンの他に、その不純物であるエチルビニルベンゼンやジエチルベンゼンを含んでもかまわない。光学素子の成形方法が光重合を用いた塊状重合である場合、若干のモノマーが型内に残留してしまう。そのため、エチルビニルベンゼンやジエチルベンゼンの混入により耐熱性の低下等といった問題はないが、光学的散乱を増加する可能性は高い。また重合時の架橋点が減少する。そのため、エチルビニルベンゼンやジエチルベンゼンの混入は極力を減らすほうが好ましい。
【００６３】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。
【００６４】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を、図１、図２、図３に参照して説明する。まず、図１（ａ）に示す様に回折格子形状に加工された金型１を窒素雰囲気中で２８０℃に加熱した後、市販のポリビニルカルバゾール（ＡＣＲＯＳ社製）の粉末２を供給した。その上にガラス（ＢＫ７）平板３を乗せ、図１（ｂ）に示すように、２８０℃、圧力２０ＭＰａ、２時間で成形を行った。その後４時間かけて室温まで徐冷した後、図１（ｃ）に示すように、硬化したポリビニルカルバゾール２’を金型１から離型して回折光学素子４を製造した。
【００６５】
一方、図２（ａ）に示す様に、回折格子形状に加工された金型５を窒素雰囲気中で２８０℃に加熱した後、光学特性が（ｎｄ＝１．５１３，νｄ＝５１．０）の光硬化樹脂６を金型５に流し込んだ。その上にガラス（ＢＫ７）平板７を乗せて、図２（ｂ）に示すように加圧した。その後不図示のＵＶ露光機（ＥＸ２５０：ＨＯＹＡ−ＳＣＨＯＴＴ社製）で３０００ｍＪ／ｃｍ２照射した後、図２（ｃ）に示すように、硬化した光硬化樹脂６を金型５から離型して回折光学素子８を製造した。
【００６６】
次に回折光学素子４と回折光学素子８の回折面に反射防止膜を成膜した後、図３に示す様に、お互いの回折格子が対向する様に組み合わせて積層型回折光学素子１０を製造した。９は回折光学素子４と回折光学素子８の間隔を決定するスペーサである。回折光学素子４と回折光学素子８のそれぞれの格子間ピッチは共に８０μｍである。回折光学素子４と回折光学素子８のお互いの回折格子の谷間の間隔は１１．８μｍ、山間の間隔は１．５μｍである。回折光学素子４の山の高さは３．９１μｍ、回折光学素子８の山の高さは６．４５μｍである。
【００６７】
図４（ａ）は、製造された積層型回折光学素子１０における、入射角度０°の一次回折光の各波長における強度を示したグラフである。横軸は波長、縦軸は回折効率を示している。図４（ａ）において、波長４００〜７００ｎｍにおいて、一次回折光に対する回折効率は９５％以上になっている。この値は回折効率としては非常に高いものであるため、積層型回折光学素子１０は、使用波長領域において良好な強度の波長分布を有していることとなる。
【００６８】
図４（ｂ）は、入射角度を変異させた際の、各入射角度における次回折光の強度の低下する比率を示したグラフである。横軸は入射角、縦軸は光の損失率である。入射角が大きくなればなるほど損失率は高くなるが、図４（ｂ）において、入射角１０°のおいて光損失率は３．５２％である。この値は、非常に良好な特性を示す値であり、積層型回折光学素子１０は、特定次数に光線が集中しているものである。
【００６９】
（比較例１）
比較例１を図５、図２、図６を参照して説明する。第１の実施の形態に示した、ポリビニルカルバゾールの粉末２に代えて、光学特性（ｎｄ＝１．６３６，νｄ＝２２．８）の光硬化樹脂１２を使用した。図５（ａ）に示すように光硬化樹脂１２を金型１１に供給した。その上を図５（ｂ）に示すように、ガラス（ＢＫ７）平板１３で押さえ込み、不図示のＵＶ露光機（ＥＸ２５０：ＨＯＹＡ−ＳＣＨＯＴＴ社製）で２００００ｍＪ／ｃｍ２照射した。その後図５（ｃ）に示すように、光硬化樹脂１２を金型１１から離型して回折光学素子１４を製造した。一方、第１の実施の形態を示した図２と同様にして回折素子１８を製造した。
【００７０】
次に回折光学素子１４と回折光学素子８に反射防止膜を成膜した後、図６に示す様に、お互いの回折格子が対向する様に組み合わせて積層型回折光学素子２０を製造した。回折光学素子１４と回折光学素子８のそれぞれの格子間ピッチは８０μｍである。回折光学素子１４と回折光学素子８のお互いの回折格子の谷間の間隔は１７．０６μｍ、山間の間隔は１．５μｍである。回折光学素子１４の山の高さは６．４３μｍ、回折光学素子８の山の高さは９．１３μｍである。
【００７１】
図７（ａ）は、製造された積層型回折光学素子２０における、入射角度０°の一次回折光の各波長における強度を示したグラフである。横軸は波長、縦軸は回折効率を示している。図７（ａ）より、使用波長領域である４００〜７００ｎｍにおいて、一次回折光に対する回折効率は９５％以上になっている。この値は回折効率としては非常に高いものであるため、多層回折光学素子２０は、使用波長領域において良好な強度の波長分布を有していることとなる。
【００７２】
図７（ｂ）は、入射角度を変異させた際の、各入射角度における次回折光の強度の低下する比率を示したグラフである。横軸は入射角、縦軸は光の損失率である。比較のため第１の実施の形態の値も重ねて表示している。図７（ｂ）から分かるように、比較例１の光損失率は、第１の実施の形態の光損失率よりも多くなっている。入射角１０°において比較例１の光損失率は４．５８％である。これは第１の実施の形態に較べ１．０６％損失率が上昇している。つまり第１の実施の形態に比べて、特定次数に光線が集中していないため、フレア光が発生し、色収差を大きくなっている。
【００７３】
［第２の実施の形態］
次に本発明の第２の実施の形態を、図８を参照して説明する。本実施の形態では、第１の実施の形態に示したポリビニルカルバゾールの粉末２に代えて、３０ｗ％ポリビニルカルバゾール（ＡＣＲＯＳ社製）／クロロホルムの溶液３２を使用した。第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００７４】
まず図８（ａ）に示すように、回折格子形状に加工された金型３１の上に、３０ｗ％ポリビニルカルバゾール（ＡＣＲＯＳ社製）／クロロホルムの溶液３２を供給した。その上に図８（ｂ）に示すように、ガラス（ＢＫ７）平板３３を乗せ、７０℃、２４時間で溶媒をとばした。その後室温で４８時間、真空乾燥させた後、図８（ｃ）に示すように、硬化したポリビニルカルバゾール３２’を金型３１から離型して回折光学素子３４を製造した。また一方、第１の実施の形態と同様にして回折光学素子８を製造した。
【００７５】
次に回折光学素子３４と回折光学素子８の回折面に反射防止膜を成膜した後、お互いの回折格子が対向する様に組み合わせて積層型回折光学素子を製造した。それぞれの格子間ピッチは８０μｍであり、回折部分の層厚は１１．８μｍである。
【００７６】
図９（ａ）は、製造された積層型回折光学素子における、入射角度０°の一次回折光の各波長における強度を示したグラフである。横軸は波長、縦軸は回折効率を示している。図９（ａ）において、波長４００〜７００ｎｍにおいて、一次回折光に対する回折効率は９５％以上になっている。この値は回折効率としては非常に高いものであるため、本実施の形態における積層型回折光学素子は、使用波長領域において良好な強度の波長分布を有していることとなる。
【００７７】
図９（ｂ）は、入射角度を変異させた際の、各入射角度における次回折光の強度の低下する比率を示したグラフである。横軸は入射角、縦軸は光の損失率である。入射角が大きくなればなるほど損失率は高くなるが、図９（ｂ）において、入射角１０°のおいて光損失率は３．５２％である。この値は、非常に良好な特性を示す値であり、本実施の形態における積層型回折光学素子１０は、特定次数に光線が集中しているものである。
【００７８】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態を、図１０を参照して示す。本実施の形態では、第１の実施の形態に示したポリビニルカルバゾール２の粉末に代えて、流動性を有する熱重合用原料体として、Ｎ−ビニルカルバゾール４２（東京化成工業製）を使用した。第３の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００７９】
まず図１０（ａ）に示すように、回折格子形状に加工された金型４１の上に、Ｎ−ビニルカルバゾール４２を供給した。その上に図１０（ｂ）に示すように、ガラス（ＢＫ７）平板４３を乗せ、１２０℃で５時間加熱し、熱重合成形を行った。この加熱によりＮ−ビニルカルバゾール４２は重合し、硬化したポリビニルカルバゾール４２’に変換する。その後図１０（ｃ）に示すように、ポリビニルカルバゾールを金型４１から離型して回折光学素子４４を製造した。また一方、第１の実施の形態と同様にして回折光学素子８を製造した。
【００８０】
次に回折光学素子４４と回折光学素子８の回折面に反射防止膜を成膜した後、お互いの回折格子が対向する様に組み合わせて積層型回折光学素子を製造した。それぞれの格子間ピッチは８０μｍであり、回折部分の層厚は１１．８μｍである。
【００８１】
図１１（ａ）は、製造された積層型回折光学素子における、入射角度０°の一次回折光の各波長における強度を示したグラフである。横軸は波長、縦軸は回折効率を示している。図１１（ａ）において、波長４００〜７００ｎｍにおいて、一次回折光に対する回折効率は９５％以上になっている。この値は回折効率としては非常に高いものであるため、本実施の形態における積層型回折光学素子は、使用波長領域において良好な強度の波長分布を有していることとなる。
【００８２】
図１１（ｂ）は、入射角度を変異させた際の、各入射角度における次回折光の強度の低下する比率を示したグラフである。横軸は入射角、縦軸は光の損失率である。入射角が大きくなればなるほど損失率は高くなるが、図１１（ｂ）において、入射角１０°のおいて光損失率は３．５２％である。この値は、非常に良好な特性を示す値であり、本実施の形態における積層型回折光学素子１０は、特定次数に光線が集中しているものである。
【００８３】
［第４の実施の形態］
次に本発明の第４の実施の形態を、図１２を参照して説明する。本実施の形態では、第１の実施の形態に示したポリビニルカルバゾール２の粉末に代えて、流動性を有する光重合用原料体として、Ｎ−ビニルカルバゾール５２（東京化成工業製）を使用した。第４の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８４】
まず図１２（ａ）に示すように、回折格子形状に加工された金型５１の上に、Ｎ−ビニルカルバゾール５２を供給した。その上に図１２（ｂ）に示すように、ガラス（ＢＫ７）平板５３を乗せ、７０℃で加熱しつつ、ガラス平板５３を介して、ＵＶ露光機（ＥＸ２５０：ＨＯＹＡ−ＳＣＨＯＴＴ社製）で、紫外光を５００Ｊ／ｃｍ２（１００ｍＷ／ｃｍ２　５０００秒）照射し、光重合成形を行った。この照射によりＮ−ビニルカルバゾール５２は重合し、硬化したポリビニルカルバゾール５２’に変換する。その後図１２（ｃ）に示すように、ポリビニルカルバゾールを金型５１から離型して回折光学素子５４を製造した。また一方、第１の実施の形態と同様にして回折光学素子８を製造した。
【００８５】
次に回折光学素子５４と回折光学素子８の回折面に反射防止膜を成膜した後、お互いの回折格子が対向する様に組み合わせて積層型回折光学素子を製造した。それぞれの格子間ピッチは８０μｍであり、回折部分の層厚は１１．８μｍである。
【００８６】
図１３（ａ）は、製造された積層型回折光学素子における、入射角度０°の一次回折光の各波長における強度を示したグラフである。横軸は波長、縦軸は回折効率を示している。図１３（ａ）において、波長５００〜７００ｎｍにおいて、一次回折光に対する回折効率は９５％以上になっている。また、波長４００〜５００ｎｍの領域においても、８５％以上となっている。この値は回折効率としては高いものであるため、本実施の形態における積層型回折光学素子は、使用波長領域において良好な強度の波長分布を有していることとなる。
【００８７】
図１３（ｂ）は、入射角度を変異させた際の、各入射角度における次回折光の強度の低下する比率を示したグラフである。横軸は入射角、縦軸は光の損失率である。入射角が大きくなればなるほど損失率は高くなるが、図１３（ｂ）において、入射角１０°のおいて光損失率は３．５２％である。この値は、非常に良好な特性を示す値であり、本実施の形態における積層型回折光学素子１０は、特定次数に光線が集中しているものである
［第５の実施の形態］
次に本発明の第５の実施の形態を、図１４を参照して説明する。本実施の形態では、熱重合用原料体として、第３の実施の形態に示したＮ−ビニルカルバゾール４２に、熱重合開始剤（ＡＩＢＭ）０．５％を添加したものを熱重合用原料体６２として使用した。第５の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８８】
まず図１４（ａ）に示すように、回折格子形状に加工された金型６１の上に、熱重合用原料体６２を供給した。その上に図１４（ｂ）に示すように、ガラス（ＢＫ７）平板６３を乗せ、１００℃で２時間加熱し、熱重合成形を行った。この照射により熱重合用原料体６２は、硬化したポリビニルカルバゾール６２’に変換する。その後図１４（ｃ）に示すように、ポリビニルカルバゾールを金型６１から離型して回折光学素子６４を製造した。また一方、第１の実施の形態と同様にして回折光学素子８を製造した。
【００８９】
次に回折光学素子６４と回折光学素子８の回折面に反射防止膜を成膜した後、お互いの回折格子が対向する様に組み合わせて積層型回折光学素子を製造した。それぞれの格子間ピッチは８０μｍであり、回折部分の層厚は１１．８μｍである。
【００９０】
図１５（ａ）は、製造された積層型回折光学素子における、入射角度０°の一次回折光の各波長における強度を示したグラフである。横軸は波長、縦軸は回折効率を示している。図１５（ａ）において、波長４００〜７００ｎｍにおいて、一次回折光に対する回折効率は９５％以上になっている。この値は回折効率としては非常に高いものであるため、本実施の形態における積層型回折光学素子は、使用波長領域において良好な強度の波長分布を有していることとなる。
【００９１】
図１５（ｂ）は、入射角度を変異させた際の、各入射角度における次回折光の強度の低下する比率を示したグラフである。横軸は入射角、縦軸は光の損失率である。入射角が大きくなればなるほど損失率は高くなるが、図１５（ｂ）において、入射角１０°のおいて光損失率は３．５２％である。この値は、非常に良好な特性を示す値であり、本実施の形態における積層型回折光学素子１０は、特定次数に光線が集中しているものである。
【００９２】
本実施の形態に示すように、Ｎ−ビニルカルバゾールに熱重合開始剤を添加したものを、熱重合用原料体として使用する事により、加熱温度を低く抑え、加熱時間を短くする事が可能となる。
【００９３】
［第６の実施の形態］
次に本発明の第６の実施の形態を、図１６を参照して説明する。本実施の形態では、光重合用原料体として、第４の実施の形態に示したＮ−ビニルカルバゾール５２に、光重合開始剤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％を添加したものを光重合用原料体７２として使用した。第６の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００９４】
まず図１６（ａ）に示すように、回折格子形状に加工された金型１の上に、光重合用原料体７２を供給した。その上に図１６（ｂ）に示すように、ガラス（ＢＫ７）平板７３を乗せ、７０℃で加熱しつつ、ガラス平板７３を介して、ＵＶ露光機（ＥＸ２５０：ＨＯＹＡ−ＳＣＨＯＴＴ社製）で、紫外光を２００００ｍＪ／ｃｍ２（１００ｍＷ／ｃｍ２　２００秒）照射し、光重合成形を行った。この照射により光重合用原料体７２は、その中のＮ−ビニルカルバゾール５２が重合し、硬化したポリビニルカルバゾール７２’に変換する。その後図１６（ｃ）に示すように、ポリビニルカルバゾールを金型７１から離型して回折光学素子７４を製造した。また一方、第１の実施の形態と同様にして回折光学素子８を製造した。
【００９５】
次に回折光学素子７４と回折光学素子８の回折面に反射防止膜を成膜した後、お互いの回折格子が対向する様に組み合わせて積層型回折光学素子を製造した。それぞれの格子間ピッチは８０μｍであり、回折部分の層厚は１１．８μｍである。
【００９６】
図１７（ａ）は、製造された積層型回折光学素子における、入射角度０°の一次回折光の各波長における強度を示したグラフである。横軸は波長、縦軸は回折効率を示している。図１７（ａ）において、波長４５０〜７００ｎｍにおいて、一次回折光に対する回折効率は９５％以上になっている。また、波長４００〜４５０ｎｍの領域においても、９０％以上となっているこの値は回折効率としては非常に高いものであるため、本実施の形態における積層型回折光学素子は、使用波長領域において良好な強度の波長分布を有していることとなる。
【００９７】
図１７（ｂ）は、入射角度を変異させた際の、各入射角度における次回折光の強度の低下する比率を示したグラフである。横軸は入射角、縦軸は光の損失率である。入射角が大きくなればなるほど損失率は高くなるが、図１７（ｂ）において、入射角１０°のおいて光損失率は３．５２％である。この値は、非常に良好な特性を示す値であり、本実施の形態における積層型回折光学素子は、特定次数に光線が集中しているものである。
【００９８】
本実施の形態に示すように、Ｎ−ビニルカルバゾールに光重合開始剤を添加したものを、光重合用原料体として使用する事により、照射時間を大幅に短くする事が可能となる。
【００９９】
［第７の実施の形態］
次に本発明の第７の実施の形態を、図１８を参照して説明する。本実施の形態では、光重合用原料体として、第４の実施の形態に示したＮ−ビニルカルバゾール５２に、光重合開始剤１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン　１％を添加したものを光重合用原料体８２として使用した。第８の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【０１００】
まず図１８（ａ）に示すように、回折格子形状に加工された金型８１に、熱重合用原料体８２を供給した。その上に図１８（ｂ）に示すように、ガラス（ＢＫ７）平板８３を乗せ、７０℃で加熱しつつ、ガラス（ＢＫ７）平板８３を介して、ＵＶ露光機（ＥＸ２５０：ＨＯＹＡ−ＳＣＨＯＴＴ社製）で、紫外光を２００００ｍＪ／ｃｍ２（１００ｍＷ／ｃｍ２　２００秒）照射し、光重合成形を行った。この照射により熱重合用原料体８２は、その中のＮ−ビニルカルバゾール５２が重合し、硬化したポリビニルカルバゾール８２’に変換する。次いで、図１８（ｃ）に示すように、ポリビニルカルバゾールを金型７１から離型して回折光学素子７４を製造した。また一方、第１の実施の形態と同様にして回折光学素子８を製造した。
【０１０１】
次に回折光学素子７４と回折光学素子８の回折面に反射防止膜を成膜した後、お互いの回折格子が対向する様に組み合わせて積層型回折光学素子を製造した。それぞれの格子間ピッチは８０μｍであり、回折部分の層厚は１１．８μｍである。
【０１０２】
図１９（ａ）は、製造された積層型回折光学素子における、入射角度０°の一次回折光の各波長における強度を示したグラフである。横軸は波長、縦軸は回折効率を示している。図１９（ａ）において、波長４００〜７００ｎｍにおいて、一次回折光に対する回折効率は９５％以上になっている。この値は回折効率としては非常に高いものであるため、本実施の形態における積層型回折光学素子は、使用波長領域において良好な強度の波長分布を有していることとなる。　図１９（ｂ）は、入射角度を変異させた際の、各入射角度における次回折光の強度の低下する比率を示したグラフである。横軸は入射角、縦軸は光の損失率である。入射角が大きくなればなるほど損失率は高くなるが、図１９（ｂ）において、入射角１０°のおいて光損失率は３．５２％である。この値は、非常に良好な特性を示す値であり、本実施の形態における積層型回折光学素子は、特定次数に光線が集中しているものである。
【０１０３】
本実施の形態に示すように、Ｎ−ビニルカルバゾールに光重合開始剤を添加したものを、光重合用原料体として使用する事により、照射時間を大幅に短くする事が可能となる。
【０１０４】
［第８の実施の形態］
次に本発明の第８の実施の形態を説明する。本実施の形態では、光重合用原料体として、第７の実施の形態に示した光重合用原料体８２に加えて、添加物として２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物を加えたもの（光重合用原料体９２）を使用した。
【０１０５】
添加物の有効性を示すために、次のような実験を行った。図２０は、実験の手順を示す概略図である。尚２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物としては、〔表１〕の実験例１〜実験例８に示す化合物を使用した。
【０１０６】
【表１】
2004126499.tif 000003
【０１０７】
まず、Ｎ−ビニルカルバゾール（東京化成工業株式会社製）９．８ｇと光重合開始剤として１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン０．１ｇを混合し、８０℃で２時間加熱溶解した。更に、十分に攪拌した後、〔表１〕に示す２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物をそれぞれ０．１ｇ混合した後、十分に８０℃で攪拌し、光重合用原料体９２は調製した。次に図２０（ａ）に示すように、約０．０４ｇの光重合用原料体９２を、平面状の金型９１にディスペンサーを用いて供給した。金型温度はヒーター９５の温調制御によって±１．０℃以内に制御されている。次に、金型９１の上に図２０（ｂ）に示すように、５０μｍのスペーサを上に載せた後、８０℃に保温されたガラス（ＢＫ７）平板９３を光重合用原料体９２に圧着させる。光重合用原料体９２を押し広げ、所望の形状になったところで、ガラス平板９３を介して、中心波長３６５ｎｍの紫外線を４０ｍＷで１０００ｓ照射し、光重合成形を行った。この照射により光重合用原料体９２は、その中のＮ−ビニルカルバゾールが重合し、硬化したポリビニルカルバゾール９２’に変換する。最後に図２０（ｃ）に示すように、金型９１からポリビニルカルバゾール９２’を離型することで成形物９４を得た。
【０１０８】
実験例１〜８に示した化合物を添加した光重合用原料体９２のモノマー混合の状態を確認した。また、モノマー混合状態での安定性を確認するために８０℃で５ｈｒの保温試験を行った。更に、硬化時の成形物として硬化時の白濁、エタノール滴下による溶剤クラックの有無、高温高湿下７０℃、７０％、２００ｈｒの環境耐久試験後における成形面の変形を確認した。実験例７に関してはモノマー混合時に硬化したため、それ以降の成形及び試験は行えなかった。その他に関しては混合後、直ぐに増粘したが成形可能であったので成形を行った。これらの結果を〔表２〕に示す。
【０１０９】
【表２】
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【０１１０】
〔表２〕から分かるように、実験例７を除いて２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物の添加によって光学的に透明であり、溶剤クラックや、高温下の耐久による面の変形のない成形物を得ることができた。
【０１１１】
［第９の実施の形態］
次に本発明の第９の実施の形態を説明する。本実施の形態は、光重合用原料体として、第８の実施の形態の実験例８に相当する、Ｎ−ビニルカルバゾールと、光重合開始剤である１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトンと、添加剤であるジビニルベンゼンとを混合したものを使用する。
【０１１２】
各材料を〔表３〕の実験例９〜１５に示す割合で混合し、８０℃で２時間加熱溶解した後、十分に攪拌し本実施例の光重合用原料体を得た。次に第８の実施の形態と同様の方法で成形物を製造した。尚、比較例としてジビニルベンゼンを添加光重合用原料体も同様の方法で製造した。
【０１１３】
【表３】
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【０１１４】
実験例９〜１５に示した化合物、及び比較実験例からなる各光重合用原料体について、成形物の白濁を評価するために透過率を測定し、白濁等を確認した。またエタノール滴下による溶剤クラック試験及び高温高湿下７０℃、７０％、２００ｈｒの環境耐久試験後における成形面の変形を確認した。高温高湿下の環境耐久試験における面変形及び溶剤クラック試験についての結果について〔表４〕に示す。尚、実験例９〜１５と比較実験例の４００ｎｍでの透過率を図２１に示す。図２１の横軸はジビンルベンゼン（ＤＶＢ）の濃度であり、縦軸は透過率を示している。
【０１１５】
【表４】
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【０１１６】
図２１から分かるように、ジビニルベンゼンの添加量が０．２５％〜２．５％の領域である実験例９〜１２においては、透過率にはジビニルベンゼンを添加していない比較実験例とほぼ同等の透過率を示している。また〔表４〕から分かるように、ジビニルベンゼンの添加量が５．０％以上の領域である実験例１３〜１５においては、成形物は白濁し、透過率の低下が観測された。また、溶剤クラック、面の変形においてはジビニルベンゼン０．５％以上添加した実験例１０〜１５においては変形、溶剤クラック共に観測されなかった。
【０１１７】
従ってジビニルベンゼンの添加量は、０．５ｗｔ％〜２．５ｗｔ％の範囲とする事が最も好ましいと言うことができる。
【０１１８】
［第１０の実施の形態］
次に本発明の第１０の実施の形態を、図２２を参照して説明する。本実施の形態では、光重合用原料体１０２として、第９の実施の形態の実験例１１に相当する、Ｎ−ビニルカルバゾール９．９００ｇと、光重合開始剤である１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン０．１００ｇと、添加剤であるジビニルベンゼン０．１００ｇとを混合したものを使用した。
【０１１９】
まず図２２（ａ）に示すように、回折格子形状に加工された金型の上に、前述の実験例１１に相当する光重合用原料体１０２を供給した。その上に２２（ｂ）に示すように、ガラス（ＢＫ７）平板１０１を乗せ、７０℃で加熱しつつ、ガラス平板１０１を介して、ＵＶ露光機（ＥＸ２５０：ＨＯＹＡ−ＳＣＨＯＴＴ社製）で、紫外光を２００００ｍＪ／ｃｍ２（１００ｍＷ／ｃｍ２　２００秒）照射し、光重合成形を行った。この照射によりＮ−ビニルカルバゾールは重合し、硬化したポリビニルカルバゾール１０２’に変換する。その後２２（ｃ）に示すように、ポリビニルカルバゾールを金型１０１から離型して回折光学素子１０４を製造した。この時の回折光学素子１０４のアッペ数を測定したところνｄ＝１７．５であった。また一方、第１の実施の形態と同様にして回折光学素子８を製造した。
【０１２０】
次に図２３に示すように、回折光学素子と回折光学素子８の回折面に反射防止膜を成膜した後、お互いの回折格子が対向する様に組み合わせて積層型回折光学素子１１０を製造した。回折光学素子１０２と回折光学素子８のそれぞれの格子間ピッチは８０μｍである。回折光学素子１０２と回折光学素子８のお互いの回折格子の谷間の間隔は１１．９μｍ、山間の間隔は１．５μｍである。回折光学素子１０２の山の高さは３．９１μｍ、回折光学素子１８の山の高さは６．４９μｍである。
【０１２１】
図２４（ａ）は、製造された積層型回折光学素子１１０における、入射角度０°の一次回折光の各波長における強度を示したグラフである。横軸は波長、縦軸は回折効率を示している。図２４（ａ）より、使用波長領域である４００〜７００ｎｍにおいて、一次回折光に対する回折効率は９５％以上になっている。この値は回折効率としては非常に高いものであるため、積層型回折光学素子１１０は、使用波長領域において良好な強度の波長分布を有していることとなる。　図２４（ｂ）は、入射角度を変異させた際の、各入射角度における次回折光の強度の低下する比率を示したグラフである。横軸は入射角、縦軸は光の損失率である。入射角が大きくなればなるほど損失率は高くなるが、図２４（ｂ）において、入射角１０°のおいて光損失率は３．５２％である。この値は、非常に良好な特性を示す値であり、本実施の形態における積層型回折光学素子１１０は、特定次数に光線が集中しているものである。
【０１２２】
［第１１の実施の形態］
次に本発明の第１１の実施の形態を、図２５を参照して説明する。前述の実施の形態１〜１０においては、回折光学素子を成形するために金型を使用しているが、本発明はこれに限られるものではない。図２５に示すように、積層型回折光学素子の場合は、金型に代えて他方の回折光学素子を成形型として、一方のポリビニルカルバゾールからなる回折光学素子を成形する事もできる。図２５において第４の実施の形態を示す図１２と同じ部材には同じ符号を付してある。図２５において図１２と異なるのは、金型５１の代わりに、ガラス平板７及び光硬化樹脂６からなる回折光学素子８を使用した点である。この様にすることで、回折光学素子８と凹凸が逆の回折光学素子を正確に製造する事ができる。
【０１２３】
［第１２の実施の形態］
次に本発明の第１２の実施の形態を、図２６を参照して説明する。前述の実施の形態１〜１０の積層型回折光学素子においては、一方のガラス基板に接触している回折光学素子をポリビニルカルバゾールにより成形しているが、本発明はこのような構成に限られるものではない。図２６は、２つの回折光学素子２０１、２０２を対向して組み合わせた多層型回折光学素子である。
【０１２４】
各回折光学素子２０１、２０２は共に、ガラス基板２０３、２０４に光硬化樹脂（ｎｄ＝１．６３６，νｄ＝２２．８）２０５、２０６を成形した。２つの回折光学素子２０１、２０２の間に、ポリビニルカルバゾール２０７を充填し、両方の回折光学素子２０１，２０２を成形型として、その回折形状をＮ−ビニルカルバゾールに転写した。この様にして、３層からなる積層型回折光学素子２１０を製造する事により、更に複雑な光学設計に対応する事ができる。
【０１２５】
［第１３の実施の形態］
次に本発明の第１３の実施の形態を、図２７、図２８を参照して説明する。本実施の形態は図２７に示すように、前述の第１２の実施の形態における光硬化樹脂２０６の回折形状を、ポリビニルカルバゾール２１７により埋め込み、平坦化した積層型回折光学素子である。この場合、回折光学素子２０１、２０２を形成した後、一方の回折光学素子２０２を成形型として、ポリビニルカルバゾール２１７を成形した。
【０１２６】
ポリビニルカルバゾール２１７の成形方法を図２８に示す。図２８（ａ）において、ガラス（ＢＫ７）平板２１４及び光硬化樹脂２１６からなる回折光学素子２１２に、流動性を有するＮ−ビニルカルバゾール２１７’を供給した。その上にガラス（ＢＫ７）平板２１８を乗せ、図２８（ｂ）に示すように成形を行った。その後図２８（ｃ）に示すように、硬化したポリビニルカルバゾール２１７をガラス平板２１８から離型して表面が平坦化された回折光学素子２２０を製造した。
【０１２７】
次にガラス（ＢＫ７）平板２１３及び光硬化樹脂２１５からなる回折光学素子２１１と、回折光学素子２２０の回折面に反射防止膜を成膜した後、図２７に示す様に、お互いの回折格子が対向する様に組み合わせて３層からなる積層型回折光学素子２３０を製造した。この様にして、多層型回折光学素子２３０を製造する事により、更に複雑な光学設計に対応するとともに、３層以上の積層型回折光学素子を容易に形成する事が可能となる。
【０１２８】
尚、本実施の形態における回折光学素子は１〜３層の回折光学素子であるが、本発明はこれに限られるものではなく、４層以上の積層型回折光学素子でもかまわない。
【０１２９】
尚、本実施の形態における回折光学素子は、他のレンズ等の光学素子と組み合わせることにより、撮影光学系や投影光学系等の光学系を形成する事もできる。またこれらの光学系を使用して、銀塩フィルムやＣＣＤ等の感光体上に像を形成する画像形成装置を形成する事もできる。
【０１３０】
尚、本実施の形態における光学素子は、回折形状を有している回折光学素子であるが、本発明はこれに限られるものではなく、特定の光学性能を発現する微細な形状を有する光学素子であればかまわない。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明における回折光学素子によれば、光学材料として屈折率分散の大きいポリビニルカルバゾールを用いているため、入射角が大きくなった場合でも、フレア光やゴーストが発生する事がなく、光損失を少なくし、色収差を抑制することができる。また回折格子の総厚を薄くする事も可能となる。
【０１３２】
また、流動性を有するモノマー主成分のＮ−ビニルカルバゾールを、金型内に展開し、金型内において重合することにより、脆い材料であるポリビニルカルバゾールを回折光学素子の材料として使用する事を可能としている。これにより、回折格子の形状が微細化、複雑化した場合においても、容易にポリビニルカルバゾールからなる回折光学素子を高精度に製造する事ができる。
【０１３３】
また、熱重合により製造する場合、Ｎ−ビニルカルバゾールに熱重合開始剤を添加したものを熱重合用原料体として使用する事により、加熱温度を低く抑え、加熱時間を短くする事が可能となる。
【０１３４】
また、光重合により製造する場合、Ｎ−ビニルカルバゾールに光重合開始剤を添加したものを光重合用原料体として使用する事により、照射時間を大幅に短くする事が可能となる。
【０１３５】
また、重合用原料体として２個以上の不飽和エチレン基を有する化合物を添加する事により、光学的に透明であり、溶剤クラックや、高温下の耐久による面の変形のない成形物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣＺ）からなる回折光学素子の成形プロセスを示す概略図
【図２】第１の実施の形態における、光硬化樹脂からなる回折光学素子の成形プロセスを示す概略図
【図３】第１の実施の形態における、ＰＶＣＺを用いた積層型回折光学素子の断面図。
【図４】（ａ）は第１の実施の形態における、積層型回折光学素子の入射角度０°の一次回折光強度を示すグラフ、（ｂ）は第１の実施の形態における、入射角度を変異させた際の次回折光強度の低下比率（光損失率）を示すグラフ。
【図５】比較例１における、光硬化樹脂からなる回折光学素子の成形プロセスを示す概略図。
【図６】比較例１における、光硬化樹脂を用いた積層型回折光学素子の断面図。
【図７】（ａ）は比較例１における、積層型回折光学素子の入射角度０°の一次回折光強度を示すグラフ、（ｂ）は比較例１及び第１の実施の形態における、入射角度を変異させた際の次回折光強度の低下比率（光損失率）を示すグラフ。
【図８】第２の実施の形態における、ＰＶＣＺ／クロロホルムの溶液からなる回折光学素子の成形プロセスを示す概略図。
【図９】（ａ）は第２の実施の形態における、積層型回折光学素子の入射角度０°の一次回折光強度を示すグラフ、（ｂ）は第２の実施の形態における、入射角度を変異させた際の次回折光強度の低下比率（光損失率）を示すグラフ。
【図１０】第３の実施の形態における、Ｎ−ＰＶＣＺを熱重合により成形する回折光学素子の成形プロセスを示す概略図
【図１１】（ａ）は第３の実施の形態における、積層型回折光学素子の入射角度０°の一次回折光強度を示すグラフ、（ｂ）は第３の実施の形態における、入射角度を変異させた際の次回折光強度の低下比率（光損失率）を示すグラフ。
【図１２】第４の実施の形態における、Ｎ−ＰＶＣＺを光重合により成形する回折光学素子の成形プロセスを示す概略図。
【図１３】（ａ）は第４の実施の形態における、積層型回折光学素子の入射角度０°の一次回折光強度を示すグラフ、（ｂ）は第４の実施の形態における、入射角度を変異させた際の次回折光強度の低下比率（光損失率）を示すグラフ。
【図１４】第５の実施の形態における、熱重合用原材料からなる回折光学素子の成形プロセスを示す概略図。
【図１５】（ａ）は第５の実施の形態における、積層型回折光学素子の入射角度０°の一次回折光強度を示すグラフ、（ｂ）は第５の実施の形態における、入射角度を変異させた際の次回折光強度の低下比率（光損失率）を示すグラフ。
【図１６】第６の実施の形態における、光重合用原材料からなる回折光学素子の成形プロセスを示す概略図。
【図１７】（ａ）は第６の実施の形態における、積層型回折光学素子の入射角度０°の一次回折光強度を示すグラフ、（ｂ）は第６の実施の形態における、入射角度を変異させた際の次回折光強度の低下比率（光損失率）を示すグラフ。
【図１８】第７の実施の形態における、光重合用原材料からなる回折光学素子の成形プロセスを示す概略図。
【図１９】（ａ）は第７の実施の形態における、積層型回折光学素子の入射角度０°の一次回折光強度を示すグラフ、（ｂ）は第７の実施の形態における、入射角度を変異させた際の次回折光強度の低下比率（光損失率）を示すグラフ。
【図２０】第８の実施の形態における、光重合用原材料からなる回折光学素子に関する実験の手順を示す概略図。
【図２１】第９の実施の形態における回折光学素子の、４００ｎｍの透過率を示すグラフ。
【図２２】第１０の実施の形態における、光重合用原材料からなる回折光学素子の成形プロセスを示す概略図。
【図２３】第１０の実施の形態における、ＰＶＣＺを用いた積層型回折光学素子の断面図。
【図２４】（ａ）は第１０の実施の形態における、積層型回折光学素子の入射角度０°の一次回折光強度を示すグラフ、（ｂ）は第１０の実施の形態における、入射角度を変異させた際の次回折光強度の低下比率（光損失率）を示すグラフ。
【図２５】第１１の実施の形態における、回折光学素子の成形プロセスを示す概略図。
【図２６】第１２の実施の形態における、ＰＶＣＺを用いた積層型回折光学素子の断面図。
【図２７】第１３の実施の形態における、ＰＶＣＺを用いた積層型回折光学素子の断面図。
【図２８】第１３の実施の形態における、積層型回折光学素子の成形プロセスを示す概略図。
【図２９】従来の光学材料における光学ガラス、ポリマーの屈折率、アッペ数分布を示す図。
【符号の説明】
１、５、１１、３１、４１，５１，６１，７１，８１，９１、１０１　金型
２　ポリビニルカルバゾールの粉末
２’、３２’、４２’、５２’、６２’、７２’、８２’、９２’、１０２’、２０７、２１７　ポリビニルカルバゾール
３、７、１３、３３、４３、５３、６３、７３、８３、９３、１０３、２０３、２０４、２１３、２１４　ガラス平板
４、８、１４，３４，４４，５４、６４、７４、８４、９４、１０４、２０１、２０２、２１１，２２０　回折光学素子
６、１２、２０５、２０６、２１６　光硬化樹脂
９　スペーサ
１０、２０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１１０、２１０、２３０積層型回折光学素子
３２　ポリビニルカルバゾール／クロロホルムの溶液
４２、５２、２１７’　Ｎ−ビニルカルバゾール（Ｎ−ＶＣＺ）
６２　熱重合用原材料
７２、８２、９２、１０２　光重合用原材料
９５　ヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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